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TED2014

Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots

ロバート・フル: 自然界で最も不快な生き物にヒントを得たロボット

Filmed
Views 1,234,787

ロボットはいかにすればでこぼこの地面を安定して走ったり、逆さのまま移動したり、空中で体操技をしたり、壁に激突しても壊れずにいることができるのでしょう? ロバート・フルが驚くべきゴキブリの体に目を向け、ロボット工学者がそこから何を学べるか語ります。

- Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio

Even nature's most disgusting creatures
自然界で最も不快な
生き物にも
00:12
have important secrets,
大きなヒントが
隠されています
00:15
but who would want a swarm of cockroaches
押し寄せる
ゴキブリの群れなど
00:18
coming towards them?
思うだにゾッとするでしょうけど—
00:19
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
自然物と人工物の
大きな違いは
00:21
relates to robustness.
ロバスト性です
00:24
Robust systems are stable in complex
ロバストなシステムは
複雑な新しい環境でも
00:26
and new environments.
安定を保てます
00:29
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
ゴキブリは でこぼこの地面を
驚くほど
00:31
running over rough terrain.
安定を保って
走り抜けられます
00:32
When we put a jet pack on them,
ジェットパックを
付けたり
00:34
or give them a perturbation like an earthquake,
地震のような
震動の中に置いた時でも
00:35
we discovered that their wonderfully tuned legs
絶妙な足並みによって
00:37
allow them to self-stabilize
安定を維持できます
00:40
without using any of their brainpower.
脳みそを使うこともなく
00:42
They can go over complex terrain like grass,
草の上のような複雑な地形でも
問題なし
00:45
no problem, and not get destabilized.
バランスを崩す
こともありません
00:49
We discovered a new behavior where,
新たに発見した
行動ですが
00:51
because of their shape,
体の形を生かし
00:52
they actually roll automatically to their side
体を自然に傾けて
00:53
to go through this artificial test bit of grass.
人工の草の間を
すり抜けています
00:55
Robust systems can perform multiple tasks
ロバストなシステムは
同じ体の構造を使って
00:59
with the same structure.
様々なタスクに
対応できます
01:02
Here's a new behavior we've discovered.
これも新たに発見した
行動ですが
01:04
The animals rapidly invert and disappear
急速に反転して
身を隠しています
01:06
in less than 150 milliseconds — you never see them —
150ミリ秒以内です
私たちが見失うわけです
01:08
using the same structures that
they use to run, their legs.
走るのと同じ脚を使って
こなしています
01:10
They can run upside down
竿や枝やワイヤを伝って
01:12
very rapidly on rods, branches and wires,
逆さのまま
素早く走ることもできます
01:14
and if you perturb one of those branches,
その枝を揺すってやると
01:17
they can do this.
こんな芸当をします
01:19
They can perform gymnastic maneuvers
現在のロボットでは
真似できない
01:20
like no robot we have yet.
体操技をこなせるのです
01:22
And they have nearly unlimited
同じ体の構造を使って
01:24
maneuverability with that same structure
数限りない
身のこなしができ
01:26
and unprecedented access to a variety
様々な異なる状況に
01:29
of different areas.
驚くほどよく
対応できます
01:33
They have wings for flying when they get warm,
暖かい時には飛べる
羽を持っていますが
01:37
but they use those same wings to flip over
同じ羽を
ひっくり返った時に
01:40
if they get destabilized.
起き上がるためにも
使います
01:42
Very effective.
とても効果的です
01:46
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
ロバストなシステムは耐障害性が高く
問題が生じても機能を維持できます
01:47
This is the foot of a cockroach.
これはゴキブリの足で
01:51
It has spines, gluey pads and claws,
とげや ベタベタした肉球や
かぎ爪がありますが
01:52
but if you take off those feet,
この部分を取ってしまっても
01:55
they can still go over rough terrain,
下の映像のように
01:57
like the bottom video that you see,
でこぼこの地面を
走ることができます
01:58
without hardly slowing down. Extraordinary.
スピードもほとんど変わりません
大したものです
02:00
They can run up mesh without their feet.
足先がなくても
網をよじ登れます
02:04
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
これは6本脚での
歩き方ですが
02:07
three legs, three legs, three legs,
交互に3本ずつ
動かしています
02:09
but in nature, the insects often have lost their legs.
しかし自然界では
脚を失うこともあります
02:11
Here's one moving with two middle legs gone.
これは真ん中の2本なしで
移動しています
02:14
It can even lose three legs, in a tripod,
脚を3本失って
3本脚になっても
02:18
and adopt a new gait, a hopping gait.
はねるような新しい歩き方を
身につけます
02:21
And I point out that all of these videos
指摘しておきたいのは
映像はすべて
02:25
are slowed down 20 times,
20倍スロー再生していることで
02:27
so they're actually really fast, when you see this.
実際には ものすごく速いんです
02:29
Robust systems are also damage resistant.
ロバストシステムはまた
ダメージに対しても強い
02:31
Here's an animal climbing up a wall.
ゴキブリが壁を
登るところです
02:34
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
一見スムーズに素早く
登り出しているように見えますが
02:36
but when you slow it down,
スロー再生すると
02:39
you see something very different.
想像と違っているのが
分かります
02:40
Here's what they do.
ゴキブリがどうしているかというと
02:42
They intentionally have a
head-on collision with the wall
スピードを落とさないために
わざと壁に正面からぶつかり
02:44
so they don't slow down and can transition up it
75ミリ秒以内で
02:47
in 75 milliseconds.
方向転換しているのです
02:49
And they can do this in part because they have
このようなことができるのも
02:52
extraordinary exoskeletons.
極めて優れた外骨格を
持っているからです
02:53
And they're really just made up of compliant joints
管や板と
02:55
that are tubes and plates
それを継ぎ合わせる
柔軟な関節だけで
02:59
connected to one another.
作られたものです
03:01
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
これはゴキブリの腹部を
解剖しているところです
03:03
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
硬い板と柔軟な膜で
できているのが分かります
03:05
My engineering colleague at Berkeley
バークレーの工学部にいる同僚が
03:09
designed with his students
学生と一緒に
03:12
a novel manufacturing technique
新しい製造技術を
開発しました
03:13
where you essentially origami the exoskeleton,
外骨格の折り紙とも
言うべきもので
03:15
you laser cut it, laminate it,
レーザーで切り抜き
03:18
and you fold it up into a robot.
継ぎ合わせて
ロボットを折るのです
03:20
And you can do that now in less than 15 minutes.
15分以内に
組み立てることができます
03:22
These robots, called DASH,
これはDASH —
03:28
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
動的自律匍匐式6脚ロボットです
03:30
are highly compliant robots,
とても柔軟性があります
03:33
and they're remarkably robust as a result
これらの性質により
03:36
of these features.
とても頑丈です
03:39
They're certainly incredibly damage resistant.
ダメージに対して
とても強いのです
03:41
(Laughter)
(笑)
03:47
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
ゴキブリの動作も
いくつかこなせます
03:51
So they can use their smart, compliant body
よくデザインされた
柔軟な体を使って
03:53
to transition up a wall
シンプルな方法で
03:55
in a very simple way.
壁に対し上向きに
方向転換できます
03:58
They even have some of the beginnings
あの反転して
04:01
of the rapid inversion behavior
身を隠す動きすら
04:02
where they disappear.
やってのけます
04:04
Now we want to know why they can go anywhere.
ゴキブリが
どこへでも
04:07
We discovered that they can go through
入り込めるのは
3ミリの隙間を
04:08
three-millimeter gaps,
通り抜けられるからだと
分かりました
04:10
the height of two pennies, two stacked pennies,
1ペンス硬貨2枚分です
04:11
and when they do this,
しかも
04:14
they can actually run through those confined spaces
この狭い隙間の中を
04:15
at high speeds,
素早く移動できるんです
04:17
although you never see it.
実際に目にすることは
ないでしょうが
04:19
To understand it better,
もっとよく理解しようと
04:22
we did a CT scan of the exoskeleton
外骨格をCTスキャンに
かけたんですが
04:23
and showed that they can compress their body
体を40%以上
04:25
by over 40 percent.
圧縮できることが
示されています
04:27
We put them in a materials testing machine
材料試験装置に入れて
04:30
to look at the stress strain analysis
応力ひずみ解析したところ
04:31
and showed that they can withstand forces
ゴキブリは
体重の800倍の
04:33
800 times their body weight,
力にも耐えられ
04:36
and after this they can fly and run
この後も
普通に飛んだり
04:37
absolutely normally.
走ったりできました
04:39
So you never know where
好奇心に突き動かされた研究が
04:41
curiosity-based research will lead,
どこに辿り着くか
わかりません
04:43
and someday you may want a swarm
いつか ゴキブリから—
04:46
of cockroach-inspired robots
アイデアを得た
ロボットの群れに
04:48
to come at you.
来て欲しいと願う時が
あるかもしれません
04:50
(Laughter)
(笑)
04:52
Thank you.
どうもありがとうございました
04:59
(Applause)
(拍手)
05:01
Translated by Yasushi Aoki
Reviewed by Eriko T.

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About the speaker:

Robert Full - Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering.

Why you should listen

UC Berkeley biologist Robert Full is fascinated by the motion of creatures like cockroaches, crabs and geckos having many legs, unusual feet or talented tails. He has led an effort to demonstrate the value of learning from Nature by the creating interdisciplinary collaborations of biologists, engineers, mathematicians and computer scientists from academia and industry. He founded CiBER, the Center for interdisciplinary Bio-inspiration in Education and Research, and the Poly-PEDAL Laboratory, which studies the Performance, Energetics and Dynamics of Animal Locomotion (PEDAL) in many-footed creatures (Poly).

His research shows how studying a diversity of animals leads to the discovery of general principles which inspire the design of novel circuits, artificial muscles, exoskeletons, versatile scampering legged search-and-rescue robots and synthetic self-cleaning dry adhesives based on gecko feet. He is passionate about discovery-based education leading to innovation -- and he even helped Pixar’s insect animations in the film A Bug's Life.

More profile about the speaker
Robert Full | Speaker | TED.com