TED2002
Robert Full: Robots inspired by cockroach ingenuity
ロバート・フル: ゴキブリの仕組みに学んだロボット
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昆虫や動物は素晴らしい能力を進化させてきました。しかし、ロバート・フルは動物の性能は過剰だと言います。コツは必要なものだけコピーすること。人の技術が自然から学ぶ方法をお見せします。
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. Full bio
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio
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00:19
Welcome. If I could have the first slide, please?
0
1000
5000
ようこそ
１枚目のスライドをお願いします
１枚目のスライドをお願いします
00:33
Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,
1
15000
5000
力学的な計算に反して
ハチは飛び
ハチは飛び
00:38
dolphins can swim, and geckos can even climb
2
20000
7000
イルカは泳ぎ ヤモリは
どんな滑らかな壁でも登れます
どんな滑らかな壁でも登れます
00:45
up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,
3
27000
6000
これから皆さんにはー
00:51
is to try to allow each of you to experience
4
33000
4000
自然のデザインを紐解く
楽しさを味わっていただきます
楽しさを味わっていただきます
00:55
the thrill of revealing nature's design.
5
37000
6000
自然のデザインを紐解く
楽しさを味わっていただきます
楽しさを味わっていただきます
01:01
I get to do this all the time, and it's just incredible.
6
43000
2000
私の研究する驚異的な世界の
01:03
I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.
7
45000
6000
ごく一部を ここで
ご紹介したいと思います
ご紹介したいと思います
01:09
The challenge of looking at nature's designs --
8
51000
2000
自然のデザインを学ぶ目的は --
01:11
and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.
9
53000
4000
その方法や用途は
後ほどお話ししますが --
後ほどお話ししますが --
01:15
The challenge, of course, is to answer this question:
10
57000
2000
ここで考えるべき問題はー
01:17
what permits this extraordinary performance of animals
11
59000
3000
何が動物にすばらしい運動能力を与え
01:20
that allows them basically to go anywhere?
12
62000
3000
所構わず動き回ることを
可能にしているのか？
可能にしているのか？
01:23
And if we could figure that out, how can we implement those designs?
13
65000
7000
それをどうすれば応用できるのか？
ということです
ということです
01:30
Well, many biologists will tell engineers, and others,
14
72000
3000
生物学の観点から考えると
01:33
organisms have millions of years to get it right;
15
75000
3000
この能力は
生物が数百万年かけて完成させた
生物が数百万年かけて完成させた
01:36
they're spectacular; they can do everything wonderfully well.
16
78000
3000
実に素晴らしい 優秀なものです
01:39
So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.
17
81000
4000
だったら自然の生き物を
そのままコピーすればいいじゃないか
そのままコピーすればいいじゃないか
01:43
We know from working on animals that the truth is
18
85000
5000
でも動物を調べてみると
01:48
that's exactly what you don't want to do -- because evolution works
19
90000
4000
コピーが答えではないとわかります
「十分なところで止めておく」のが―
「十分なところで止めておく」のが―
01:52
on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.
20
94000
3000
進化の原理であり
完全を目指すものではないからです
完全を目指すものではないからです
01:55
And the constraints in building any organism, when you look at it,
21
97000
4000
自然が作り上げた生物の制約は
厳しいこともわかりました
厳しいこともわかりました
01:59
are really severe. Natural technologies have incredible constraints.
22
101000
5000
自然はものすごい制約下の技術です
02:04
Think about it. If you were an engineer and I told you
23
106000
3000
もしあなたがエンジニアで
車を作れと言われたとします
車を作れと言われたとします
02:07
that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,
24
109000
5000
でも 最初はこのくらいに小さく
02:12
then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.
25
114000
4000
徐々にステップを経て
大きなものに成長させろとか
大きなものに成長させろとか
02:16
Or think about the fact that if you build an automobile, I'll tell you that you also -- inside it --
26
118000
4000
そんな車ができたとしても
さらにその内部に
さらにその内部に
02:20
have to put a factory that allows you to make another automobile.
27
122000
4000
新しい車を作る工場を組み込めと言われたら
02:24
(Laughter)
28
126000
2000
（笑）
02:26
And you can absolutely never, absolutely never, because of history
29
128000
4000
こんな事を何の土台もなしに
02:30
and the inherited plan, start with a clean slate.
30
132000
4000
一からやるなんて無理なのです
02:34
So, organisms have this important history.
31
136000
3000
生物にはその土台があります
02:37
Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.
32
139000
5000
進化はエンジニアというより
小さな改良を加える職人なのです
小さな改良を加える職人なのです
02:42
And this is really important when you begin to look at animals.
33
144000
3000
これは 生物に目を向ける上で
重要なことです
重要なことです
02:45
Instead, we believe you need to be inspired by biology.
34
147000
7000
コピーではなく 生物学から
ヒントを得ることが必要なのです
ヒントを得ることが必要なのです
02:52
You need to discover the general principles of nature,
35
154000
4000
自然界の基本原理を解明しー
02:56
and then use these analogies when they're advantageous.
36
158000
3000
それが有用であれば
利用するのです
利用するのです
03:02
This is a real challenge to do this, because animals,
37
164000
3000
生物の仕組みは非常に複雑なので
大変難しい仕事です
大変難しい仕事です
03:05
when you start to really look inside them -- how they work --
38
167000
3000
生物の仕組みは非常に複雑なので
大変難しい仕事です
大変難しい仕事です
03:08
appear hopelessly complex. There's no detailed history
39
170000
4000
生物のデザイン過程の
記録などありません
記録などありません
03:12
of the design plans, you can't go look it up anywhere.
40
174000
3000
生物のデザイン過程の
記録などありません
記録などありません
03:15
They have way too many motions for their joints, too many muscles.
41
177000
4000
関節の動きや筋肉も 非常に複雑です
03:19
Even the simplest animal we think of, something like an insect,
42
181000
3000
昆虫のような単純な生物でさえ
03:22
and they have more neurons and connections than you can imagine.
43
184000
3000
ものすごく複雑な
神経回路を持っています
神経回路を持っています
03:25
How can you make sense of this? Well, we believed --
44
187000
5000
この様なものを どう理解するか？
ここで仮説を立てました
ここで仮説を立てました
03:30
and we hypothesized -- that one way animals could work simply,
45
192000
5000
「動物の動きを可能にしているのはー
03:35
is if the control of their movements
46
197000
3000
動作の制御機能が 体そのものに
組み込まれているからではないか」
組み込まれているからではないか」
03:38
tended to be built into their bodies themselves.
47
200000
6000
動作の制御機能が 体そのものに
組み込まれているからではないか」
組み込まれているからではないか」
03:44
What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals
48
206000
7000
そして 2本 4本 6本 8本足の
動物が移動する時に
動物が移動する時に
03:51
all produce the same forces on the ground when they move.
49
213000
3000
地面に働きかける力は全て
同じであることを発見しました
同じであることを発見しました
03:54
They all work like this kangaroo, they bounce.
50
216000
4000
このカンガルーのように
跳ぶのです
跳ぶのです
03:58
And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system
51
220000
4000
バネ質量系でモデル化できるので
そう呼んでいますが
そう呼んでいますが
04:02
because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.
52
224000
3000
簡単に言えばホッピング遊具のような
04:05
They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?
53
227000
4000
バネ付きの棒でピョンピョン
跳んでいるようなものです
跳んでいるようなものです
04:09
Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,
54
231000
6000
人間の１本の脚の働きは
犬の２本の脚を統合したもの
犬の２本の脚を統合したもの
04:15
or works like three legs, together as one, of a trotting insect,
55
237000
4000
昆虫の３本の脚
04:19
or four legs as one of a trotting crab.
56
241000
2000
カニの４本の脚と同じ働きをします
04:21
And then they alternate in their propulsion,
57
243000
4000
これらの脚から交互に
推進力を得ていますが
推進力を得ていますが
04:25
but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way
58
247000
5000
そのパターンは
我々の研究した動物のほとんどで同じでした
我々の研究した動物のほとんどで同じでした
04:30
-- you'll see next week, I'll give you a hint,
59
252000
2000
実は 来週に公開予定の論文では
04:32
there'll be an article coming out that says that really big things
60
254000
3000
ティラノサウルスのような巨大な動物は
04:35
like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
61
257000
4000
このような動きが出来なかったと書きました
04:39
Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along
62
261000
2000
動物の垂直方向に飛び跳ねる動きを
04:41
the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,
63
263000
3000
発見したわけですが
ピクサーのプロジェクトに関わり
ピクサーのプロジェクトに関わり
04:44
in "A Bug's Life," we discussed the
64
266000
2000
『バグズ・ライフ』に登場する
04:46
bipedal nature of the characters of the ants.
65
268000
3000
二足歩行のアリの動きについて
話し合ったときに
話し合ったときに
04:49
And we told them, of course, they move in another plane as well.
66
271000
2000
もちろん他に 水平方向の動きもあると言うと
04:51
And they asked us this question. They say, "Why model
67
273000
3000
なぜ 水平方向での動きがあると
分かっていながら
分かっていながら
04:54
just in the sagittal plane or the vertical plane,
68
276000
2000
垂直方向の動きしか
04:56
when you're telling us these animals are moving
69
278000
2000
モデル化しないのか？ときかれました
04:58
in the horizontal plane?" This is a good question.
70
280000
3000
これは良い質問です
05:01
Nobody in biology ever modeled it this way.
71
283000
3000
生物界では まだ誰も
この様なモデルを作っていなかったので
この様なモデルを作っていなかったので
05:04
We took their advice and we modeled the animals moving
72
286000
4000
指摘を受けて 水平方向においても
動物の動きをモデル化しました
動物の動きをモデル化しました
05:08
in the horizontal plane as well. We took their three legs,
73
290000
3000
３本の脚を
05:11
we collapsed them down as one.
74
293000
1000
１本にまとめて
05:12
We got some of the best mathematicians in the world
75
294000
3000
プリンストン大の著名な数学者の
05:15
from Princeton to work on this problem.
76
297000
2000
助けを得て
05:17
And we were able to create a model
77
299000
3000
上下だけでなく同時に
左右にも弾むように動く
左右にも弾むように動く
05:20
where animals are not only bouncing up and down,
78
302000
1000
上下だけでなく同時に
左右にも弾むように動く
左右にも弾むように動く
05:21
but they're also bouncing side to side at the same time.
79
303000
4000
動物のモデルを 作成することができました
05:25
And many organisms fit this kind of pattern.
80
307000
2000
このパターンは多くの生物に見られます
05:27
Now, why is this important to have this model?
81
309000
2000
なぜ これに注目するかというと
05:29
Because it's very interesting. When you take this model
82
311000
3000
その理由は 面白い事に
このモデルは
このモデルは
05:32
and you perturb it, you give it a push,
83
314000
3000
物にぶつかった時の様に
押してみたりすると
押してみたりすると
05:35
as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain
84
317000
4000
脳や反射神経がなくてもー
05:39
or no reflexes, just by the structure alone.
85
321000
4000
体の構造だけで バランスを
回復することができるからです
回復することができるからです
05:43
It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
86
325000
5000
素晴らしいモデルです
では 数式を見てみましょう
では 数式を見てみましょう
05:48
(Laughter)
87
330000
2000
（笑）
05:50
That's enough!
88
332000
1000
やめておきましょう！（笑）
05:51
(Laughter)
89
333000
4000
やめておきましょう！（笑）
05:55
The animals, when you look at them running,
90
337000
2000
動物が走るときには
05:57
appear to be self-stabilizing like this,
91
339000
3000
バネのような脚を使って
バランスを取っているようです
バランスを取っているようです
06:00
using basically springy legs. That is, the legs can do
92
342000
3000
バネのような脚を使って
バランスを取っているようです
バランスを取っているようです
06:03
computations on their own; the control algorithms, in a sense,
93
345000
3000
つまり 脚自体が計算を行っており
06:06
are embedded in the form of the animal itself.
94
348000
3000
制御アルゴリズムが
体の形状に組み込まれているのです
体の形状に組み込まれているのです
06:09
Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?
95
351000
7000
なぜこのような発見が今まで
見過ごされていたのでしょう？
見過ごされていたのでしょう？
06:16
Well, I would argue that human technologies are really different from
96
358000
4000
人と自然の技術は
かなり異なったものです
かなり異なったものです
06:20
natural technologies, at least they have been so far.
97
362000
3000
人と自然の技術は
かなり異なったものです
かなり異なったものです
06:23
Think about the typical kind of robot that you see.
98
365000
5000
典型的なロボットを考えてください
06:28
Human technologies have tended to be large, flat,
99
370000
3000
人間の作る技術は通常
06:31
with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices
100
373000
5000
ごつく 平面的で 角張り
硬い金属でできてます
硬い金属でできてます
06:36
and axles. There are very few motors, very few sensors.
101
378000
3000
車輪で移動し
モーターやセンサーの数は限られています
モーターやセンサーの数は限られています
06:39
Whereas nature tends to be small, and curved,
102
381000
5000
一方自然の方は どちらかというと
繊細で 曲線的であり
繊細で 曲線的であり
06:44
and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,
103
386000
3000
柔軟性があり
脚が付いていて
脚が付いていて
06:47
and has many muscles and many, many sensors.
104
389000
3000
非常に多くの
筋肉やセンサーがある
筋肉やセンサーがある
06:50
So it's a very different design. However, what's changing,
105
392000
4000
全く異なったデザインなのです
06:54
what's really exciting -- and I'll show you some of that next --
106
396000
2000
でも ここでお見せするように
06:56
is that as human technology takes on more of the characteristics
107
398000
3000
最近は 人の技術が
自然のものに似てきたので
自然のものに似てきたので
06:59
of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
108
401000
6000
自然からもっと学ぶ事ができるはずです
07:05
And here's one example that's really exciting.
109
407000
2000
ここに面白い例があります
07:07
This is a collaboration we have with Stanford.
110
409000
2000
スタンフォード大学との共同研究ですがー
07:09
And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.
111
411000
4000
同大学の開発したシェイプ・デポジション
（形成積層）製造技術を使ったものです
（形成積層）製造技術を使ったものです
07:13
It's a technique where they can mix materials together and mold any shape
112
415000
4000
異なる素材を組み合わせて
好きな形を作り
好きな形を作り
07:17
that they like, and put in the material properties.
113
419000
4000
素材の特性を埋め込めます
07:21
They can embed sensors and actuators right in the form itself.
114
423000
3000
これでセンサーと作動装置を
形状自体に組み込むことができます
形状自体に組み込むことができます
07:24
For example, here's a leg: the clear part is stiff,
115
426000
5000
例えばこの脚では 透明の部分は硬く
07:29
the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.
116
431000
3000
白い部分は柔軟性があるので
軸などなしに
軸などなしに
07:32
It just bends by itself beautifully.
117
434000
3000
丁度良い具合に曲がります
07:35
So, you can put those properties in. It inspired them to show off
118
437000
3000
こうした特性を応用して
スプロールというロボットを作製しました
スプロールというロボットを作製しました
07:38
this design by producing a little robot they named Sprawl.
119
440000
6000
こうした特性を応用して
スプロールというロボットを作製しました
スプロールというロボットを作製しました
07:44
Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,
120
446000
4000
これに触発されて
ミシガン大学とマギル大学が
ミシガン大学とマギル大学が
07:48
from the University of Michigan and McGill
121
450000
2000
これに触発されて
ミシガン大学とマギル大学が
ミシガン大学とマギル大学が
07:50
named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.
122
452000
8000
自律型の六本足のロボット
RHexを作製しました
RHexを作製しました
07:58
Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving
123
460000
3000
これからビデオで 動物の動きと
08:01
and then some of the simple robots
124
463000
2000
私たちの研究を応用した
08:03
that have been inspired by our discoveries.
125
465000
3000
ロボットをお見せします
08:06
Here's what some of you did this morning, although you did it outside,
126
468000
4000
今朝 同じようなことをされた方も
08:10
not on a treadmill.
127
472000
2000
おられると思います
08:12
Here's what we do.
128
474000
3000
これは研究の様子です
08:15
(Laughter)
129
477000
2000
（笑）
08:17
This is a death's head cockroach. This is an American cockroach
130
479000
5000
米国に生息するドクロゴキブリです
皆さんの台所にはいませんよね
皆さんの台所にはいませんよね
08:22
you think you don't have in your kitchen.
131
484000
1000
米国に生息するドクロゴキブリです
皆さんの台所にはいませんよね
皆さんの台所にはいませんよね
08:23
This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.
132
485000
7000
8本足のサソリ 6本足のアリ
44本足のムカデは
44本足のムカデは
08:30
Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --
133
492000
3000
全てホッピングのような動きをします
08:33
they're bouncing along as they move. And you can see that
134
495000
4000
全てホッピングのような動きをします
08:37
in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.
135
499000
3000
このスナガニも同様です
08:40
It goes up to four meters per second when it runs.
136
502000
3000
秒速4mで走っていますが
08:43
It actually leaps into the air, and has aerial phases
137
505000
3000
脚が地面から離れ
馬が駆けているように見えます
馬が駆けているように見えます
08:46
when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.
138
508000
4000
脚が地面から離れ
馬が駆けているように見えます
馬が駆けているように見えます
08:50
What we discovered is whether you look at the leg of a human
139
512000
3000
ここでわかったことはー
08:53
like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,
140
515000
6000
ヒトやゴキブリ
カニやカンガルーにおいても
カニやカンガルーにおいても
08:59
the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.
141
521000
5000
相対的な脚のバネの硬さは
全ての動物で同じだったということです
全ての動物で同じだったということです
09:04
Now, what good are springy legs then? What can they do?
142
526000
2000
脚のバネに何の意味があるのでしょうか？
09:06
Well, we wanted to see if they allowed the animals
143
528000
2000
これが動物の安定性や機動性に
09:08
to have greater stability and maneuverability.
144
530000
3000
役に立つのかを調べることにしました
09:11
So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height
145
533000
4000
そこで対象の動物の腰よりも
3倍高い障害物を用意しました
3倍高い障害物を用意しました
09:15
of the animals that we're looking at.
146
537000
1000
そこで対象の動物の腰よりも
3倍高い障害物を用意しました
3倍高い障害物を用意しました
09:16
And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.
147
538000
4000
これは無理だろうと思っていましたがー
09:20
The animal ran over it and it didn't even slow down!
148
542000
3000
乗り越えました
しかも速度が全然落ちません！
しかも速度が全然落ちません！
09:23
It didn't decrease its preferred speed at all.
149
545000
2000
乗り越えました
しかも速度が全然落ちません！
しかも速度が全然落ちません！
09:25
We couldn't believe that it could do this. It said to us
150
547000
3000
できるとは思ってませんでした
09:28
that if you could build a robot with very simple, springy legs,
151
550000
5000
これからわかることは
簡単な脚のバネがあればー
簡単な脚のバネがあればー
09:33
you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
152
555000
6000
従来よりも機動性の良い
ロボットができるということです
ロボットができるということです
09:39
Here's the first example of that. This is the Stanford
153
561000
2000
最初の例はスタンフォード大学が
09:41
Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.
154
563000
3000
シェイプ・デポジション造形技術を用いて
作製したものです
作製したものです
09:44
It has six legs -- there are the tuned, springy legs.
155
566000
6000
このスプロールというロボットには
調整された弾性のある脚が6本あり
調整された弾性のある脚が6本あり
09:50
It moves in a gait that an insect uses, and here it is
156
572000
3000
昆虫のように動きます
09:53
going on the treadmill. Now, what's important about this robot,
157
575000
7000
他のロボットと比べて重要な点は
10:00
compared to other robots, is that it can't see anything,
158
582000
3000
何も見えず何も感じず
脳がないにも関わらず
脳がないにも関わらず
10:03
it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver
159
585000
6000
何も見えず何も感じず
脳がないにも関わらず
脳がないにも関わらず
10:09
over these obstacles without any difficulty whatsoever.
160
591000
6000
障害物を難なく越えられることです
10:15
It's this technique of building the properties into the form.
161
597000
4000
これが特性を形状に組み込む技術です
10:19
This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --
162
601000
3000
この大学院生は 自分の卒論プロジェクトに
ひどいことをしていますが
ひどいことをしていますが
10:22
very robust, if a graduate student
163
604000
2000
非常にしっかりしています
10:24
does that to his thesis project.
164
606000
2000
非常にしっかりしています
10:26
(Laughter)
165
608000
1000
（笑）
10:27
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,
166
609000
4000
これはマギル大学と
ミシガン大学が作製したRHex
ミシガン大学が作製したRHex
10:31
making its first outing in a demo.
167
613000
3000
初の試験走行にお出かけです
10:34
(Laughter)
168
616000
4000
（笑）
10:38
Same principle: it only has six moving parts,
169
620000
5000
可動部は６つのモーターだけですが
10:43
six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.
170
625000
6000
調整された弾性のある脚で
昆虫の様に歩きます
昆虫の様に歩きます
10:49
It has the middle leg moving in synchrony with the front,
171
631000
4000
真ん中の脚は前脚と
反対側の後脚に合わせて動き
反対側の後脚に合わせて動き
10:53
and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,
172
635000
4000
脚が交互に出る
三脚のようなものです
三脚のようなものです
10:57
and they can negotiate obstacles just like the animal.
173
639000
4000
動物と同様に障害物を
乗り越えることができます
乗り越えることができます
11:01
(Laughter)
174
643000
6000
（笑）
11:07
(Voice: Oh my God.)
175
649000
1000
（声：すごい）
11:08
(Applause)
176
650000
5000
（拍手）
11:13
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --
177
655000
2000
この足は未完成ですが
砂の上でも大丈夫です
砂の上でも大丈夫です
11:15
although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.
178
657000
5000
この足は未完成ですが
砂の上でも大丈夫です
砂の上でも大丈夫です
11:20
Here's RHex entering the woods.
179
662000
3000
森の中へ入って行く RHex
11:23
(Laughter)
180
665000
2000
（笑）
11:38
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,
181
680000
4000
このロボットは
見ることも感じることもありません
見ることも感じることもありません
11:42
it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,
182
684000
6000
脳を持たず
機械的な構造だけで動いているのです
機械的な構造だけで動いているのです
11:48
with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.
183
690000
10000
その構造は非常にシンプルですが
動物の基本的な力学を応用したものです
動物の基本的な力学を応用したものです
11:58
(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.
184
700000
8000
（声：ああ いいね）
道を下っているところです
道を下っているところです
12:06
I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said
185
708000
3000
NASAのジェット推進研究所に
これを見せたところ
これを見せたところ
12:09
that they had no ability to go down craters to look for ice,
186
711000
4000
脚が付いたロボットは
複雑すぎるためー
複雑すぎるためー
12:13
and life, ultimately, on Mars. And he said --
187
715000
4000
火星で氷や生命を探すのは
無理だと言われました
無理だと言われました
12:17
especially with legged-robots, because they're way too complicated.
188
719000
2000
火星で氷や生命を探すのは
無理だと言われました
無理だと言われました
12:19
Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video
189
721000
5000
そこで再度RHexをシンプルにして
このビデオを見せました
このビデオを見せました
12:24
with the simple design of RHex here. And just to convince them
190
726000
3000
そこで再度RHexをシンプルにして
このビデオを見せました
このビデオを見せました
12:27
we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange
191
729000
4000
2011年の火星探索に採用されるよう
映像をオレンジ色に着色して
映像をオレンジ色に着色して
12:31
just to give them the sense of being on Mars.
192
733000
3000
火星に行った感じを出してみました
12:34
(Laughter)
193
736000
1000
（笑）
12:35
(Applause)
194
737000
6000
（拍手）
12:43
Another reason why animals have extraordinary performance,
195
745000
3000
動物が素晴らしい能力を持ち
12:46
and can go anywhere, is because they have an effective interaction
196
748000
3000
様々なところを動き回れる
もう１つの理由は
もう１つの理由は
12:49
with the environment. The animal I'm going to show you,
197
751000
3000
環境との相互作用の利用です
12:52
that we studied to look at this, is the gecko.
198
754000
4000
この研究に用いたのはヤモリです
12:56
We have one here and notice its position. It's holding on.
199
758000
7000
ここに一匹います
しっかり張り付いていますね
しっかり張り付いていますね
13:03
Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.
200
765000
3000
ここでクイズです
ビデオを見てください
ビデオを見てください
13:06
One of the animals is going to be running on the level,
201
768000
2000
一方は平面を走る様子ですが
13:08
and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?
202
770000
4000
もう一方は壁を駆け上っています
どっちがどっちか分かりますか？
どっちがどっちか分かりますか？
13:12
They're going at a meter a second. How many think the one on the left
203
774000
5000
秒速1mで走っています
左側が壁を登っていると思う人は？
左側が壁を登っていると思う人は？
13:17
is running up the wall?
204
779000
2000
秒速1mで走っています
左側が壁を登っていると思う人は？
左側が壁を登っていると思う人は？
13:19
(Applause)
205
781000
4000
（拍手）
13:23
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,
206
785000
5000
全然見分けがつかないですよね
学生たちもわかりませんでした
学生たちもわかりませんでした
13:28
we looked at students do this and they couldn't tell.
207
790000
2000
全然見分けがつかないですよね
学生たちもわかりませんでした
学生たちもわかりませんでした
13:30
They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,
208
792000
3000
秒速1mで壁を登り
1秒間に15歩進みますが
1秒間に15歩進みますが
13:33
and they look like they're running on the level. How do they do this?
209
795000
4000
どちらも平地を走っているようです
どうやっているのでしょうか？
どうやっているのでしょうか？
13:37
It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.
210
799000
6000
驚くべき能力です ちなみに
右側のヤモリが壁を登っています
右側のヤモリが壁を登っています
13:43
How do they do this? They have bizarre toes. They have toes
211
805000
4000
どういう原理かというと
ヤモリの足指が変わっているんです
ヤモリの足指が変わっているんです
13:47
that uncurl like party favors when you blow them out,
212
809000
4000
パーティーで使う吹き戻しみたいに
まっすぐに伸びてー
まっすぐに伸びてー
13:51
and then peel off the surface, like tape.
213
813000
3000
表面からテープのようにはがれます
13:54
Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.
214
816000
2000
表面からテープのようにはがれます
13:56
They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired
215
818000
7000
足の指でそんなことやるなんて
不思議ですよね
不思議ですよね
14:03
iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.
216
825000
3000
iRobot社はこれを応用し
『Mecho-Geckos（メッコーゲッコー）』を作製
『Mecho-Geckos（メッコーゲッコー）』を作製
14:06
Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.
217
828000
7000
脚がついたものと
トラクター版のブルドーザー型です
トラクター版のブルドーザー型です
14:13
Let's see some of the geckos move with some video,
218
835000
2000
ビデオでヤモリの動きを見た後に
ロボットの動きも見てください
ロボットの動きも見てください
14:15
and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.
219
837000
3000
ビデオでヤモリの動きを見た後に
ロボットの動きも見てください
ロボットの動きも見てください
14:18
Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,
220
840000
3000
垂直面を駆け上がるヤモリです
14:21
in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
221
843000
7000
もう一度見ましょう
スローにしないとダメですね
スローにしないとダメですね
14:28
You can't use regular cameras.
222
850000
2000
普通のカメラは使えません
毎秒1000フレームでないと見えません
毎秒1000フレームでないと見えません
14:30
You have to take 1,000 pictures per second to see this.
223
852000
3000
普通のカメラは使えません
毎秒1000フレームでないと見えません
毎秒1000フレームでないと見えません
14:33
And here's some video at 1,000 frames per second.
224
855000
3000
これが毎秒1000フレームの映像です
14:36
Now, I want you to look at the animal's back.
225
858000
2000
このヤモリの背中を見てください
14:38
Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --
226
860000
3000
曲がっているのが見えますか？
これが何故できるのかわかっていません
これが何故できるのかわかっていません
14:41
that's an unsolved mystery. We don't know how it works.
227
863000
3000
曲がっているのが見えますか？
これが何故できるのかわかっていません
これが何故できるのかわかっていません
14:44
If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,
228
866000
3000
もし皆さんの ご子息が
私の研究所に来てくれたら
私の研究所に来てくれたら
14:47
come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley
229
869000
4000
それも解明されるでしょう
バークレーでの勉強を勧めて下さい
バークレーでの勉強を勧めて下さい
14:51
because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
230
873000
3000
これはヤモリのランニングマシーンです
14:54
(Laughter)
231
876000
1000
これはヤモリのランニングマシーンです
14:55
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
232
877000
3000
マシーンもベルトも透明なので
14:58
so we can watch the animal's feet, and videotape them
233
880000
3000
ベルトの反対側から足の動きを観察し
15:01
through the treadmill belt, to see how they move.
234
883000
3000
ビデオに録画することもできます
15:04
Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.
235
886000
4000
このヤモリは垂直の壁を駆け上っています
15:08
Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing.
236
890000
6000
足指に注目して
ヤモリが何をしているか見て下さい
ヤモリが何をしているか見て下さい
15:14
See it uncurl and then peel these toes.
237
896000
2000
足指を伸ばして剥がしていますね
15:16
It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.
238
898000
7000
かかった時間は0.014秒
驚異的な速さです
驚異的な速さです
15:23
Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.
239
905000
4000
それを応用したのが
iRobot社のメッコーゲッコー
iRobot社のメッコーゲッコー
15:27
First we'll see the animals toes peeling -- look at that.
240
909000
5000
まずヤモリの足の指が
はがれる様子を見てください
はがれる様子を見てください
15:32
And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.
241
914000
4000
そしてこちらが メッコーゲッコー
15:36
It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.
242
918000
3000
これには感圧接着剤が使われています
15:39
Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --
243
921000
3000
ヤモリとメッコーゲッコー
15:42
that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,
244
924000
3000
これによって壁や天井などの
平面を自律的に登ることができます
平面を自律的に登ることができます
15:45
transition to a wall, and then go onto a ceiling.
245
927000
3000
これによって壁や天井などの
平面を自律的に登ることができます
平面を自律的に登ることができます
15:48
There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.
246
930000
6000
これはブルドーザー型
動物の方は感圧接着剤を使っていません
動物の方は感圧接着剤を使っていません
15:54
The animal does not use that.
247
936000
2000
ヤモリは これを使っていません
15:56
But that's what we're limited to, at the moment.
248
938000
2000
しかしこれが現時点での限界です
15:58
What does the animal do? The animal has weird toes.
249
940000
5000
ヤモリはどうしているかというと
16:03
And if you look at the toes, they have these little leaves there,
250
945000
4000
足指には小さなひだが沢山あり
16:07
and if you blow them up and zoom in, you'll see
251
949000
2000
拡大してみると
ひだに細い筋が見えます
ひだに細い筋が見えます
16:09
that's there's little striations in these leaves.
252
951000
3000
拡大してみると
ひだに細い筋が見えます
ひだに細い筋が見えます
16:12
And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.
253
954000
7000
270倍に拡大して見ると
絨毯のように見えます
絨毯のように見えます
16:19
And if you blow that up, and zoom in 900 times,
254
961000
3000
900倍では細かい毛が見られ
16:22
you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,
255
964000
5000
900倍では細かい毛が見られ
16:27
those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,
256
969000
6000
よく見ると毛にも筋があります
さらに30,000倍に拡大すると
さらに30,000倍に拡大すると
16:33
you'll see each hair has split ends.
257
975000
3000
枝毛になっているのが見えます
16:36
And if you blow those up, they have these little structures on the end.
258
978000
5000
さらに拡大すると
枝毛はヘラのような形に見えます
枝毛はヘラのような形に見えます
16:41
The smallest branch of the hairs looks like spatulae,
259
983000
2000
さらに拡大すると
枝毛はヘラのような形に見えます
枝毛はヘラのような形に見えます
16:43
and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,
260
985000
7000
このナノサイズの枝毛を
ヤモリは10億本持っていて
ヤモリは10億本持っていて
16:50
to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --
261
992000
5000
物の表面につくことができます
人の毛の直径はこれだけですがー
人の毛の直径はこれだけですがー
16:55
a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.
262
997000
6000
ヤモリ1匹に200万本の毛があり
1本の毛先が100から1000本に分かれています
1本の毛先が100から1000本に分かれています
17:01
Think of the contact of that that's possible.
263
1003000
3000
これがくっつくのを想像してください
17:04
We were fortunate to work with another group
264
1006000
2000
幸運にもスタンフォード大の研究者たちが
17:06
at Stanford that built us a special manned sensor,
265
1008000
2000
特殊なセンサーを作ってくれたので
17:08
that we were able to measure the force of an individual hair.
266
1010000
3000
これで1本の毛の力を測定できました
17:11
Here's an individual hair with a little split end there.
267
1013000
5000
これは 枝毛のある１本の毛ですが
17:16
When we measured the forces, they were enormous.
268
1018000
2000
この毛の力を測ると
とても強いことが分かりました
とても強いことが分かりました
17:18
They were so large that a patch of hairs about this size --
269
1020000
3000
このくらいの面積にある毛だけで
17:21
the gecko's foot could support the weight of a small child,
270
1023000
4000
ヤモリの足は小さな子どもくらいの重量 --
17:25
about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?
271
1027000
4000
20kgほどを簡単に支えられるのです
その仕組みは？
その仕組みは？
17:29
We've recently discovered this. Do they do it by friction?
272
1031000
4000
これは最近解明されました
摩擦でしょうか？
摩擦でしょうか？
17:33
No, force is too low. Do they do it by electrostatics?
273
1035000
3000
いいえ 力が弱すぎます
では静電気でしょうか？
では静電気でしょうか？
17:36
No, you can change the charge -- they still hold on.
274
1038000
2000
違います
電荷を変えても ひっついています
電荷を変えても ひっついています
17:38
Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.
275
1040000
3000
マジックテープのように
絡まり合うのでしょうか？
絡まり合うのでしょうか？
17:41
No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.
276
1043000
3000
違います それでは
スベスベな面には張り付けません
スベスベな面には張り付けません
17:44
How about suction? They stick on in a vacuum.
277
1046000
4000
吸盤のようなものでしょうか？
真空の環境でも くっつきます
真空の環境でも くっつきます
17:48
How about wet adhesion? Or capillary adhesion?
278
1050000
3000
ぬれた物をくっつける
界面張力でしょうか？
界面張力でしょうか？
17:51
They don't have any glue, and they even stick under water just fine.
279
1053000
3000
糊を分泌するわけでもないのに
ヤモリは水中でくっつきます
ヤモリは水中でくっつきます
17:54
If you put their foot under water, they grab on.
280
1056000
2000
糊を分泌するわけでもないのに
ヤモリは水中でくっつきます
ヤモリは水中でくっつきます
17:56
How do they do it then? Believe it or not, they grab on
281
1058000
4000
では このひっくつ力は何でしょう？
18:00
by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
282
1062000
4000
なんと分子間力
ファンデルワールス力です
ファンデルワールス力です
18:04
You know, you probably had this a long time ago in chemistry,
283
1066000
2000
昔 化学の授業でやりましたよね
2つの原子が近づくとー
2つの原子が近づくとー
18:06
where you had these two atoms, they're close together,
284
1068000
2000
昔 化学の授業でやりましたよね
2つの原子が近づくとー
2つの原子が近づくとー
18:08
and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient
285
1070000
3000
電子分布による小さな力が集まって
18:11
to allow them to do that because it's added up so many times
286
1073000
3000
吸着できるまでの力になります
18:14
with these small structures.
287
1076000
3000
それが この小さな構造で起こっているのです
18:17
What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,
288
1079000
5000
この毛を仕組みを使った製品を
18:22
and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.
289
1084000
5000
バークレーの同僚と共に開発しています
18:27
And just recently we've made a breakthrough, where we now believe
290
1089000
3000
ごく最近 研究が飛躍的に進み
18:30
we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,
291
1092000
5000
初の合成自洗式
乾燥接着剤を開発できそうです
乾燥接着剤を開発できそうです
18:35
dry adhesive. Many companies are interested in this.
292
1097000
5000
多くの企業が興味を示しています
18:40
(Laughter)
293
1102000
3000
（笑）
18:43
We also presented to Nike even.
294
1105000
2000
ナイキにも売り込みました
18:45
(Laughter)
295
1107000
3000
（笑）
18:48
(Applause)
296
1110000
6000
（拍手）
18:54
We'll see where this goes. We were so excited about this
297
1116000
3000
どうなるか本当にわくわくしています
18:57
that we realized that that small-size scale --
298
1119000
3000
ナノ・スケールの非常に小さい世界では
19:00
and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --
299
1122000
3000
全てのものに吸着力が生まれ
重力を克服するのです
重力を克服するのです
19:03
we needed to look at ants and their feet, because
300
1125000
3000
アリの足も研究しました
19:06
one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone
301
1128000
5000
バークレーの同僚が
６ミリの半導体ロボットを作ったのですが
６ミリの半導体ロボットを作ったのですが
19:11
robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.
302
1133000
3000
しかしつっかえてしまって
うまく動けません
うまく動けません
19:14
But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately
303
1136000
3000
問題なく動き回るアリの原理を解明し
19:17
we'll make this move. And imagine: you're going to be able
304
1139000
3000
これが動けるようにする予定です
19:20
to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.
305
1142000
5000
皆さんも たくさんの小さいロボットを
動かせるようになるのを想像して下さい
動かせるようになるのを想像して下さい
19:25
Where's this going? I think you can see it already.
306
1147000
3000
この研究がどこに行き着くのでしょう？
19:28
Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
307
1150000
4000
すでにインターネットは
ウェブカムなどの目と耳がありますが
ウェブカムなどの目と耳がありますが
19:32
you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.
308
1154000
4000
将来は 手と足も付くのではないでしょうか
19:36
You're going to be able to do programmable
309
1158000
2000
このようなロボットに指示を与えて
19:38
work through these kinds of robots, so that you can run,
310
1160000
4000
いろいろな事が行えるようになり
好きな所を走ったり
好きな所を走ったり
19:42
fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.
311
1164000
9000
泳いだり 飛ぶ事ができるでしょう
デイビッド・ケリーの魚ロボットが良い例です
デイビッド・ケリーの魚ロボットが良い例です
19:51
So, in conclusion, I think the message is clear.
312
1173000
2000
最後にメッセージがあります
19:53
If you need a message, if nature's not enough, if you care about
313
1175000
4000
自然は それ自体大切なものですが
19:57
search and rescue, or mine clearance, or medicine,
314
1179000
2000
捜索救助や地雷除去 医療など
様々な問題に取り組むには
様々な問題に取り組むには
19:59
or the various things we're working on, we must preserve
315
1181000
4000
捜索救助や地雷除去 医療など
様々な問題に取り組むには
様々な問題に取り組むには
20:03
nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.
316
1185000
4000
自然のデザインを保護すべきです
そうしないと秘密が永遠に失われます
そうしないと秘密が永遠に失われます
20:07
Thank you.
317
1189000
1000
ありがとうございました （拍手）
20:08
(Applause)
318
1190000
9000
ありがとうございました （拍手）
ABOUT THE SPEAKER
Robert Full - BiologistRobert 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.
Robert Full | Speaker | TED.com