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TED2009

Robert Full: Learning from the gecko's tail

ロバート・フル: ヤモリの尻尾から学ぶ

Filmed
Views 668,261

生物学者ロバート・フルは、驚異的な付着力のある足と落ちずに登る能力を持つ素晴らしいヤモリの研究をしています。でも、ヤモリの尻尾にはこれまでで最も驚くべき能力を隠しているかもしれないことを高速映像が明らかにしています。

- 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

Let me share with you today an original discovery.
今日は新しい発見についてお話したいと思います
00:18
But I want to tell it to you the way it really happened --
でも実際にどう起こったかを語ってお話します
00:23
not the way I present it in a scientific meeting,
私が学会で発表する形や
00:26
or the way you'd read it in a scientific paper.
皆さんが学術論文で読む形とは違います
00:28
It's a story about beyond biomimetics,
これは生体模倣を超えた話です
00:31
to something I'm calling biomutualism.
個人的には「生体相利共生」と呼んでいます
00:34
I define that as an association between biology and another discipline,
私はこれを「生物学と別の分野が提携し
00:37
where each discipline reciprocally advances the other,
それぞれが相手の分野を相互的に進歩させ
00:40
but where the collective discoveries that emerge are beyond any single field.
そこから生まれる共同発見はどんな1つの分野より勝る」と定義します
00:44
Now, in terms of biomimetics,
生体模倣の観点では
00:48
as human technologies take on more of the characteristics of nature,
自然の特性がもっと人間の技術に取り入れられるにつれ
00:50
nature becomes a much more useful teacher.
自然はより一層有益な教師となります
00:53
Engineering can be inspired by biology
生物学の原理や相似が有用な場合
00:56
by using its principles and analogies when they're advantageous,
それを利用して工学がアイデアを得ることもあり得ます
00:58
but then integrating that with the best human engineering,
そしてその後最終的に 実際自然よりも
01:01
ultimately to make something actually better than nature.
優れたものを創るため それを最高の人間工学に統合するのです
01:04
Now, being a biologist, I was very curious about this.
私は生物学者なのでとても興味があったのはこれです
01:09
These are gecko toes.
ヤモリのつま先部分です
01:12
And we wondered how they use these bizarre toes
奇妙な足指は 壁を素早く登るのに
01:14
to climb up a wall so quickly.
どう使われるのだろうと思いました
01:16
We discovered it. And what we found was
私たちが突き止めたのは ヤモリの足指には
01:18
that they have leaf-like structures on their toes,
葉状構造があり 敷物のような
01:21
with millions of tiny hairs that look like a rug,
何百万の微細毛がついていることでした
01:23
and each of those hairs has the worst case of split-ends possible:
1本1本の毛先は史上最悪な枝毛のようで
01:26
about 100 to 1000 split ends that are nano-size.
ナノサイズで約100~1000の枝毛になっています
01:29
And the individual has 2 billion of these nano-size split ends.
このようなナノサイズの枝毛は1匹につき20億本あります
01:33
They don't stick by Velcro or suction or glue.
マジックテープや吸盤や
01:37
They actually stick by intermolecular forces alone,
糊で張り付くのでなく 実は分子間に働く力だけで
01:39
van der Waals forces.
張り付くのです
01:42
And I'm really pleased to report to you today
そして今日は皆さんに
01:44
that the first synthetic self-cleaning, dry adhesive has been made.
初の合成自浄式の乾燥接着素材ができたことを発表します
01:46
From the simplest version in nature, one branch,
自然界で一番単純な形である1本を
01:51
my engineering collaborator, Ron Fearing, at Berkeley,
バークレーの共同制作技術者ロン・フィアイングが
01:54
had made the first synthetic version.
世界初の合成バージョンにしました
01:57
And so has my other incredible collaborator,
もう1人の素晴らしい共同制作者
02:00
Mark Cutkosky, at Stanford --
スタンフォードのマーク・カッコスキーも
02:02
he made much larger hairs than the gecko,
同じ原理を使い
02:04
but used the same general principles.
ヤモリの毛よりももっと太いバージョンを作りました
02:06
And here is its first test.
これが最初のテストです
02:09
(Laughter)
(笑)
02:11
That's Kellar Autumn, my former Ph.D. student,
ルイス&クラーク大学の教授になった
02:12
professor now at Lewis and Clark,
私の教え子のケラー・オータムです
02:14
literally giving his first-born child up for this test.
文字通り自分の第一子をテストに捧げています
02:16
(Laughter)
(笑)
02:20
More recently, this happened.
最近はこういうこともありました
02:21
Man: This the first time someone has actually climbed with it.
男:実際にこれを使って人が登るのは初めてです
02:23
Narrator: Lynn Verinsky, a professional climber,
―プロクライマーのリン・ヴァリンスキー
02:26
who appeared to be brimming with confidence.
自信たっぷりのようです―
02:28
Lynn Verinsky: Honestly, it's going to be perfectly safe. It will be perfectly safe.
リン:マジで全然大丈夫 全く安全よ
02:30
Man: How do you know?
男:どうしてわかるんですか?
02:33
Lynn Verinsky: Because of liability insurance. (Laughter)
リン:賠償保険があるから
02:35
Narrator: With a mattress below and attached to a safety rope,
―マットレスを敷いて命綱をつけ
02:37
Lynn began her 60-foot ascent.
リンが60フィートの高さを登り始めます―
02:39
Lynn made it to the top in a perfect pairing
―ハリウッドと科学を完璧に組み合わせ
02:42
of Hollywood and science.
リンが最上部までたどり着きました―
02:45
Man: So you're the first human being to officially emulate a gecko.
男:初めてヤモリを模倣した人間となりましたね
02:48
Lynn Verinsky: Ha! Wow. And what a privilege that has been.
リン:は!そりゃスゴイ栄誉だったわけね
02:51
Robert Full: That's what she did on rough surfaces.
ロバート:これはザラザラの表面でした
02:57
But she actually used these on smooth surfaces --
彼女は滑らかな表面には実は
02:59
two of them -- to climb up, and pull herself up.
こちらを2つ使って登りました
03:01
And you can try this in the lobby,
ロビーで試してみてください
03:03
and look at the gecko-inspired material.
ヤモリからヒントを得た素材も見てください
03:05
Now the problem with the robots doing this
さて ロボットがこれを使用する際
03:09
is that they can't get unstuck,
問題になるのは この材質を
03:11
with the material.
剥がせないことです
03:13
This is the gecko's solution. They actually peel their toes away
これがヤモリの解決法です ヤモリはつま先を
03:15
from the surface, at high rates,
表面からめくるように高速で
03:18
as they run up the wall.
剥がして壁を駆け登ります
03:20
Well I'm really excited today to show you
と言うことでですね 今日は皆さんに
03:22
the newest version of a robot, Stickybot,
ロボットStickybotの最新型をご紹介します
03:25
using a new hierarchical dry adhesive.
新型の階層式乾付着素材を使っています
03:28
Here is the actual robot.
これがそのロボットです
03:31
And here is what it does.
こうやって動きます
03:37
And if you look,
よく見てもらうと
03:45
you can see that it uses
ロボットがつま先をめくるように
03:47
the toe peeling,
剥がすのが分かると思います
03:50
just like the gecko does.
ヤモリがするのと同じです
03:52
If we can show some of the video, you can see it climbing up the wall.
壁を登るのを映像でご覧ください
03:56
(Applause)
(拍手)
03:59
There it is.
登ってます
04:01
And now it can go on other surfaces because of the new adhesive
ちなみに他のタイプの表面でも登れます
04:03
that the Stanford group was able to do
スタンフォードのグループがこの凄いロボットを
04:06
in designing this incredible robot.
設計するうえで新しい付着素材を作ったおかげです
04:09
(Applause)
(拍手)
04:12
Oh. One thing I want to point out is, look at Stickybot.
1つ指摘したいことがあります Stickybotを見てもらうと
04:15
You see something on it. It's not just to look like a gecko.
何かついてますね ヤモリに似せるためだけではありませんが尻尾があります
04:18
It has a tail. And just when you think you've figured out nature,
自然の理解ができたと思った時に
04:22
this kind of thing happens.
こういうことが起こるんですが
04:25
The engineers told us, for the climbing robots,
エンジニアたちに言われたんです
04:27
that, if they don't have a tail,
「尻尾がないとロボットは
04:29
they fall off the wall.
登っていても壁から落ちてしまう」
04:31
So what they did was they asked us
そして彼らは重要な質問を
04:33
an important question.
私たちにしました
04:35
They said, "Well, it kind of looks like a tail."
「尻尾に見えるだけで 我々がつけたのは
04:37
Even though we put a passive bar there.
特別何も機能がない棒なんだが
04:41
"Do animals use their tails when they climb up walls?"
生物は壁を登るとき尻尾を使うのか?」
04:43
What they were doing was returning the favor,
彼らは生物学でテストすべき仮定を
04:46
by giving us a hypothesis to test,
提示して私たちにお返ししてくれたのです
04:48
in biology, that we wouldn't have thought of.
私たちには考え付かないことでした
04:51
So of course, in reality, we were then panicked,
実際 当然私たちは慌てました
04:54
being the biologists, and we should know this already.
生物学者として知っているべきでした
04:57
We said, "Well, what do tails do?"
「はて 尻尾の役目は何か?」
04:59
Well we know that tails store fat, for example.
例えば尻尾が脂肪を貯蔵することや
05:01
We know that you can grab onto things with them.
何かに掴まるときに使われることは知っていました
05:04
And perhaps it is most well known
一番よく知られているのは
05:07
that they provide static balance.
静的なバランスを保てることです
05:09
(Laughter)
(笑)
05:12
It can also act as a counterbalance.
平衡力にもなります
05:13
So watch this kangaroo.
このカンガルーを見てください
05:16
See that tail? That's incredible!
この尻尾 素晴らしいですね!
05:19
Marc Raibert built a Uniroo hopping robot.
マーク・レイバートがUniroo片足跳びロボットを作りましたが
05:21
And it was unstable without its tail.
尻尾なしでは安定しなかったそうです
05:25
Now mostly tails limit maneuverability,
普通 尻尾は運動性を制限します
05:31
like this human inside this dinosaur suit.
この恐竜コスチュームを着ている人のように
05:33
(Laughter)
(笑)
05:37
My colleagues actually went on to test this limitation,
私の同僚は実際にこの制限をテストしました
05:38
by increasing the moment of inertia of a student, so they had a tail,
生徒の慣性モーメントを加増し 尻尾をつけさせ
05:42
and running them through and obstacle course,
障害コースを走らせると
05:46
and found a decrement in performance,
タイムが悪化すると判明しました
05:48
like you'd predict.
実験するまでもありませんが
05:50
(Laughter)
(笑)
05:53
But of course, this is a passive tail.
でももちろんこれは受動的尻尾でした
05:54
And you can also have active tails.
能動的尻尾もあります
05:57
And when I went back to research this, I realized
これについて調べていて
05:59
that one of the great TED moments in the past,
今までの優れたTEDトークの1つで
06:01
from Nathan,
ネイサンが能動的な尻尾について
06:03
we've talked about an active tail.
話していたのを思い出しました
06:05
Video: Myhrvold thinks tail-cracking dinosaurs
ビデオ:ミアボルドは恐竜が
06:07
were interested in love, not war.
尻尾をバシッと鳴らすのは 戦いでなく求愛のためだと考えます
06:09
Robert Full: He talked about the tail being a whip for communication.
ロバート:尻尾は意思疎通用のムチだと言いました
06:14
It can also be used in defense.
身を守るために使うこともできます
06:17
Pretty powerful.
迫力満点ですね
06:21
So we then went back and looked at the animal.
そこでもう一度ヤモリを見ました
06:23
And we ran it up a surface.
壁を登らせたのですが
06:25
But this time what we did is we put a slippery patch
今回は滑りやすい箇所を入れました
06:27
that you see in yellow there.
黄色の部分です
06:29
And watch on the right what the animal is doing with its tail
ヤモリは滑ったときに尻尾をどうしているか右側で見てください
06:31
when it slips. This is slowed down 10 times.
10倍のスローモーションです
06:35
So here is normal speed.
これが普通のスピードです
06:37
And watch it now slip,
では滑るところを見て
06:39
and see what it does with its tail.
尻尾をどうするか見てください
06:41
It has an active tail that functions as a fifth leg,
5本目の足として機能して
06:46
and it contributes to stability.
安定感を保つ能動的尻尾です
06:48
If you make it slip a huge amount, this is what we discovered.
思いっきり滑らせると こうなります
06:50
This is incredible.
ビックリです
06:57
The engineers had a really good idea.
エンジニアたちのアイデアはとても良かったのです
06:59
And then of course we wondered,
私たちは当然その後考えました
07:02
okay, they have an active tail, but let's picture them.
能動的な尻尾があるわけだから
07:04
They're climbing up a wall, or a tree.
壁や木を登っているとして
07:06
And they get to the top and let's say there's some leaves there.
上にたどり着いて 例えば葉っぱがあったら
07:09
And what would happen if they climbed on the underside of that leaf,
そして葉っぱの裏を登っていて風に吹かれたり
07:12
and there was some wind, or we shook it?
葉っぱが揺すられたりしたらどうなるのか?
07:15
And we did that experiment, that you see here.
その実験をしたのがこれです
07:18
(Applause)
(拍手)
07:21
And this is what we discovered.
これがその結果です
07:22
Now that's real time. You can't see anything.
実時間では何も分かりません
07:24
But there it is slowed down.
スローモーションにするとこうです
07:26
What we discovered was the world's fastest air-righting response.
私たちが見たのは世界一速い空中立ち直り反応でした
07:30
For those of you who remember your physics, that's a zero-angular-momentum
物理学で言うと角運動量ゼロの
07:33
righting response. But it's like a cat.
立ち直り反応です
07:35
You know, cats falling. Cats do this. They twist their bodies.
猫と同じです 猫も落ちるとき身体をひねります
07:37
But geckos do it better.
でもヤモリの方が上手にやります
07:40
And they do it with their tail.
尻尾を使ってやるんです
07:42
So they do it with this active tail as they swing around.
くるりと回るときに能動的尻尾を使うわけです
07:45
And then they always land in the sort of superman skydiving posture.
そしてスーパーマンがスカイダイビングする姿勢でいつも着地します
07:48
Okay, now we wondered, if we were right,
これが正しいなら物理的モデルの
07:54
we should be able to test this in a physical model, in a robot.
ロボットでテストできるはずだと考えました
07:56
So for TED we actually built a robot,
そこでTED用にあちらにある
07:59
over there, a prototype, with the tail.
ロボットを尻尾付きの試作品として作りました
08:01
And we're going to attempt the first air-righting response
尻尾を使った空中立ち直り反応を
08:04
in a tail, with a robot.
ロボットで初めてやってみます
08:06
If we could have the lights on it.
照明をお願いします
08:08
Okay, there it goes.
オッケー それではいきます
08:10
And show the video.
映像を見せてください
08:15
There it is.
やりました
08:20
And it works just like it does in the animal.
ヤモリと同様の効果を見せます
08:22
So all you need is a swing of the tail to right yourself.
つまり体制を直すには尻尾を振るだけでいいのです
08:25
(Applause)
(拍手)
08:29
Now, of course, we were normally frightened
でも当然普通かどうか心配でした
08:31
because the animal has no gliding adaptations,
ヤモリには滑空適応がないからです
08:33
so we thought, "Oh that's okay. We'll put it in a vertical wind tunnel.
そこで考えました「それなら垂直風洞に入れて
08:35
We'll blow the air up, we'll give it a landing target, a tree trunk,
下から風を送って プレキシガラスの囲いのすぐ外に
08:39
just outside the plexi-glass enclosure, and see what it does.
着地用の木の幹を置いて ヤモリがどうするか見ればいい」
08:42
(Laughter)
(笑)
08:46
So we did. And here is what it does.
その通りやると こうなりました
08:47
So the wind is coming from the bottom. This is slowed down 10 times.
下から風が送られています 10倍のスローモーションです
08:50
It does an equilibrium glide. Highly controlled.
ヤモリは極めて制御された平衡滑空をします
08:55
This is sort of incredible. But actually it's quite beautiful,
驚きですが 写真を撮ってみると
08:59
when you take a picture of it.
実際かなり優美です
09:02
And it's better than that, it -- just in the slide -- maneuvers in mid-air.
それだけではありません ここの滑走で空中操作しています
09:05
And the way it does it, is it takes its tail
どうやるかと言うと 尻尾を
09:10
and it swings it one way to yaw left, and it swings its other way to yaw right.
一方に振って左に進み もう一方に振って右に進むのです
09:12
So we can maneuver this way.
こうやってうまく動けます
09:16
And then -- we had to film this several times to believe this --
それとこれは信じられずに何度も撮影したのですが―
09:18
it also does this. Watch this.
こういうこともします 見てください
09:21
It oscillates its tail up and down like a dolphin.
イルカのように尻尾を上下します
09:24
It can actually swim through the air.
実際に空中を泳いで進めるのです
09:26
But watch its front legs. Can you see what they are doing?
でも前足を見てください 何をしてるか分かりますか?
09:29
What does that mean for the origin of flapping flight?
羽ばたきして飛行する起源に関係するのでしょうか?
09:34
Maybe it's evolved from coming down from trees,
木から飛び降りて滑降を制御することから
09:37
and trying to control a glide.
進化したのかもしれません
09:40
Stay tuned for that.
この続きはお楽しみに
09:42
(Laughter)
(笑)
09:44
So then we wondered, "Can they actually maneuver with this?"
「本当にこれで滑降操作できるのか?」と考えました
09:46
So there is the landing target. Could they steer towards it
この機能を使って 着地目標の方向に行けるのか?
09:49
with these capabilities? Here it is in the wind tunnel.
風洞の中を飛んできました
09:52
And it certainly looks like it.
確かにできるようです
09:54
You can see it even better from down on top.
上から見下ろすともっとよく分かります
09:56
Watch the animal.
ヤモリを見てください
09:59
Definitely moving towards the landing target.
明らかに目標方向に動いています
10:02
Watch the whip of its tail as it does it. Look at that.
その際に尻尾を振っているのに注意してください 見てください!
10:04
It's unbelievable.
信じられません
10:08
So now we were really confused,
本当に困惑してしまいました
10:10
because there are no reports of it gliding.
ヤモリの滑降の報告はないからです
10:12
So we went, "Oh my god, we have to go to the field,
「これはヤモリが本当に滑降するか
10:14
and see if it actually does this."
現地で確かめないと」と
10:16
Completely opposite of the way you'd see it on a nature film, of course.
自然映画と全く逆のやり方になりました
10:18
We wondered, "Do they actually glide in nature?"
「自然のヤモリも本当に滑降するのか?」と東南アジアと
10:21
Well we went to the forests of Singapore and Southeast Asia.
シンガポールの森林に行きました
10:24
And the next video you see is the first time we've showed this.
次の映像は初めて公開するものです
10:26
This is the actual video -- not staged, a real research video --
ヤラセではなく 実際の真面目な研究ビデオです
10:28
of animal gliding down. There is a red trajectory line.
ヤモリが滑降していて 赤で軌跡が示してあります
10:31
Look at the end to see the animal.
ヤモリは最後に見えます
10:34
But then as it gets closer to the tree,
でも木に近づいてきたら
10:36
look at the close-up. And see if you can see it land.
クローズアップで着地が見えるか見てください
10:38
So there it comes down. There is a gecko at the end of that trajectory line.
降りてきました 軌跡の先にヤモリがいます
10:42
You see it there? There? Watch it come down.
見えますか?降りてきます
10:45
Now watch up there and you can see the landing. Did you see it hit?
では上で着地を見てください 成功しましたね?
10:47
It actually uses its tail too,
実際に尻尾も使っています
10:50
just like we saw in the lab.
研究所で見た通りです
10:52
So now we can continue this mutualism
というわけで 能動的尻尾を作ることをエンジニアに提言して
10:55
by suggesting that they can make an active tail.
この相利共生を続けることができます
10:59
And here is the first active tail, in the robot,
そしてこれが初の能動的尻尾を持ったロボットです
11:02
made by Boston Dynamics.
Boston Dynamicsが作成しました
11:07
So to conclude, I think we need to build biomutualisms, like I showed,
結論として お見せしたような応用の中で基礎的発見の速度を上げる
11:10
that will increase the pace of basic discovery in their application.
生体相利共生を構築する必要があると思います
11:14
To do this though, we need to redesign education in a major way,
でもそのためには教育制度を大きく変え
11:17
to balance depth with interdisciplinary communication,
学際的情報交換の視野を調節する必要があります
11:20
and explicitly train people how to contribute to, and benefit from other disciplines.
そして他の分野に貢献し利益を得るやり方を人々に明確に教えなくてはなりません
11:23
And of course you need the organisms and the environment to do it.
もちろんこれを行うための生物と環境も必要です
11:28
That is, whether you care about security, search and rescue or health,
つまり安全保障や捜索活動や健康に関心があるなら
11:32
we must preserve nature's designs,
自然の様式を守らなくてはダメです
11:35
otherwise these secrets will be lost forever.
でなければ解明の鍵は永遠に失われます
11:37
And from what I heard from our new president,
私たちの新大統領の言っていることからすると
11:40
I'm very optimistic. Thank you.
楽観的です ありがとうございます
11:44
(Applause)
(拍手)
11:46
Translated by Sawa Horibe
Reviewed by Hidetoshi Yamauchi

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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