TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Shelia Patek이 가장 빠른 동물의 기록을 재다.
Filmed:
Readability: 4
1,659,037 views
생물학자 Shelia Patek이 초당 20,000프레임을 찍는 비디오 카메라를 사용해서, 동물 세계에서 가장 빠른 움직임 중 하나인 갯가제의 움직임을 측정한 실험에 대해서 이야기합니다.
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcher
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants. Full bio
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:25
If you'd like to learn how to play the lobster, we have some here.
0
0
3000
바닷가제를 연주하는 법을 배우고 싶으시다면, 여기 방법이 있습니다.
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
농담이 아닙니다.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
나중에 바닷가제를 연주하는 방법을 보여드리죠.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
사실, 저는 몇년 전부터 갯가제라고 불리는 동물들에 대해서
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
연구를 시작했습니다. 갯가제는 무언가 소리를 냅니다.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
15000
2000
이것은 캘리포니아 해안에서 발견되는
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
갯가제로부터 녹음한 소리입니다.
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
굉장히 멋진 소리처럼 들리지만,
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
결국에는 굉장히 어려운 프로젝트가 됐습니다.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
갯가제, 또는 구각류들이 어떻게 그리고 왜 그런 소리를 내는지 알아내려고
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
애쓰면서 저는 그들의 기관들에 대해서 생각했습니다.
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
갯가제(사마귀 새우)의 이름은 사마귀를 따라서 붙여졌습니다.
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
사마귀 역시 빠른 사냥을 위한 기관을 가지고 있지요. 그리고 저는
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
그들이 내는 소리를 들으면서, 어떻게 이 동물들이 그렇게 빠른
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
사냥 공격을 할수 있는지 알아보는 것이 재미있겠다고 생각했습니다.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
오늘 구각류의 극한의 공격 방법에 대해서 이야기하려고 합니다.
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
Wyatt Korff와 Roy Caldwell과 함께한 작업입니다.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
65000
3000
갯가제는 두가지 종류가 있습니다.
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
찌르는 종과 부수는 종이지요.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
이것은 찌르는 갯가제 또는 찌르는 구각류입니다.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
이것들은 모래에 살면서 자기 위로 지나가는 것들을 잡습니다.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
이렇게 굉장히 빠른 공격으로요. 조금 천천히 보면,
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
이것은 초당 1,000프레임으로 녹화를 하고,
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
초당 15프레임으로 재생한
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
갯가제의 모습입니다.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
여러분은 죽은 새우의 일부를 낚아채기 위해서
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
위로 쭉 뻣어가는 굉장히 멋진
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
27
98000
2000
팔을 보실 수 있습니다.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
28
100000
5000
또다른 종류의 갯가제는 부수는 구각류입니다.
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
이 종류들은 달팽이를 부셔서 먹이로 사용합니다.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
달팽이를 잡고 강력한 한 방을 날립니다.
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(웃음)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
한번 더 돌려보겠습니다.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
제자리에서 꼼지락 거리다가, 코로 끌어당긴 후에, 한 방 날립니다.
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
몇번 이렇게 충격을 가한 후에, 달팽이는 부숴지면서 열리고, 근사한 저녁식사를 하게 되지요.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
이렇게 부수는 기관은 끝의 뾰족한 부분으로 가격을 할 수도 있고,
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
뒷꿈치로 가격을 할 수도 있습니다.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
오늘은 부수는 공격에 대해서 이야기를 하겠습니다.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
가장 먼저 떠오른 질문은 얼마나 빨리
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
팔이 움직이는가였습니다.
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
비디오로 보면 굉장히 빨리 움직이기 때문에
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
즉시 문제에 부딪혔습니다.
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
버클리의 생물학과에 있는 가장 빠른 비디오 시스템도
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
이 움직임을 잡을 정도로 빠르지가 않았습니다.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
비디오로 움직임을 녹화할 수가 없었지요.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
이 사실이 저를 오랫동안 좌절하게 만들었습니다.
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
그 뒤에 BBC 팀이 생물학에서 새로운 기술에 대한 이야기를 찾으러
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
생물학과에 나타났습니다.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
그리고 저와 BBC는 거래를 했습니다.
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
저는, "저희에게 갯가제의 움직임을 담을 수 있는 초고속 비디오를
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
빌려준다면 저희가 데이터를 모으는 것을
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
찍을 수 있게 해드리겠습니다." 라고 했습니다.
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
믿으실지 모르겠지만, 거래는 성사됐습니다.
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
그렇게해서 이렇게 환상적인 비디오 시스템을 가지게 됐습니다.
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
나온지 일년 정도 밖에 되지않은
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
아주 빛이 적은 곳에서도 초고속으로 찍을 수 있는 시스템입니다.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
적은 빛은 동물을 찍는데 굉장히 중요합니다.
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
너무 강한 빛은 동물을 쫓아 버리니까요.
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
갯가제입니다. 저기 위에 눈이 있구요,
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
저것이 공격용 기관이고, 저것이 뒷꿈치입니다.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
저 부분을 휘둘러서 달팽이를 깨트리죠.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
달팽이를 막대기에 감아뒀습니다.
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
촬영을 조금 더 쉽게 하려구요.
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
(웃음)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
이 곳에 달팽이 보호자들이 없었으면 좋겠네요.
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
(웃음)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
217000
5000
이 장면을 초당 5,000프레임으로 찍었고,
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
초당 15프레임으로 재생하고 있습니다. 333배 느리게 틀고 있지요.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
보시다시피 아직도 굉장히 빠릅니다.
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
333배 느리고 재생을 하는데두요. 굉장히 강력한 움직임입니다.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
팔 전체가 쭉 뻣어나가고, 몸은 뒤로 펴집니다.
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
너무 멋진 순간이지요.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
우리는 이 비디오를 들여다보면서
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
팔이 원래 위치로 얼마나 빨리 돌아오는지를
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
측정했습니다.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
그리고 우리는 시도하자말자 깜짝 놀랐습니다.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
우리가 계산한바에 따르면 팔은
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
최고 10m/s에서 23m/s의 속도로
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
움직였습니다.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
마일을 더 좋아하시는 분이 계시다면
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
물속에서 시속 45마일 이상으로 움직이는 것입니다. 굉장히 빠르죠.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
실제로 이 속도는 굉장히 빠른 것이라서
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
초고속 동물 움직임에 추가할 수 있습니다.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
갯가제는 공식적으로 측정된 가장 빠른 사냥 공격입니다.
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
첫번째 놀라움입니다.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(박수)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
굉장히 멋지면서도 기대 밖이었습니다.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
그렇다면 어떻게 그렇게 움직이는지 궁금하실 것입니다.
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
사실 이 작업은 1960년대에 유명한 생물학자
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
287000
2000
Malcolm Burrow에 의해서 수행됐습니다.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
그가 갯가제에서 입증한 것은 갯가제가 잡기 메커니즘,
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
혹은 딸깍 메커니즘이라는 것을 사용한다는 것입니다.
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
이것은 수축하는데 굉장히 오래걸리는
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
커다란 근육과 이 근육이 움직이는 것을
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
방지하는 걸쇠로 이루어집니다.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
근육이 수축되고, 아무일도 일어나지 않습니다.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
근육이 완적히 수축되고 나면, 모든 에너지가 저장되어 있습니다.
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
걸쇠가 위로 올라가면, 움직임이 생기지요.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
기본적으로 파워 증폭 시스템이라고 불리는 것입니다.
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
근육이 수축하는데는 긴 시간이 걸리지만
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
팔이 뻗어나가는데는 아주 짧는 시간만이 걸립니다.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
그리고 저는 이것이 이야기의 전부라고 생각했습니다.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
갯가제가 아주 빠른 공격을 할 수 있는 이유의 전부라고 생각했죠.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
그런데 언젠가 국립 자연사 박물관을 가게 됐습니다.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
기회가 되신다면,
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
국립 자연사 박물과의 뒷편은
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
세계에서 가장 잘 보존된 갯가제 컬렉션 중의 하나입니다.
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(웃음)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
저에게는 진지합니다.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(웃음)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
그리고 저는 찌르는 종이든 부수는 종이든 관계없이
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
모든 갯가제의 팔의 맨 위 표면에서
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
아름다운 안장 모양의 구조를
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
발견했습니다. 바로 이것입니다.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
말에 올리는 안장처럼 생겼습니다.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
매우 아름다운 구조입니다.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
이 구조는 막구조로 둘러싸여 있습니다. 그리고 이 막구조는
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
이것이 무엇인가 동적으로 유연한 구조일지도 모른다는 것을 의미했습니다.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
이 발견은 저에게 한동안 머리를 긁적거리게 했습니다.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
여러번의 계산을 통해서 저희가 알아낸 것은
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
갯가제가 일종의 스프링을 가지고 있어야한다는 것입니다.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
저희가 관찰한 힘과 속도,
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
그리고 다른 결과들이 나오려면
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
일종의 스프링 메커니즘이 있어야 했습니다.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
그래서 저희는 스프링이 반드시 있어야하고,
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
안장 모양의 구조가 스프링이 틀림없다고 생각했습니다.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
다시 초고속 비디오로 돌아갔습니다.
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
그리고는 안장이 압축하고 팽창하는 것을 시각화 할 수 있었습니다.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
한번 더 해보겠습니다.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
비디오를 보시면,
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
보기 조금 힘들지만 노란색 선으로 표시되있습니다.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
안장은 노란색 선으로 표시되어 있습니다.
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
때리는 동안 확장, 실제로 엄청난 확장을 하고 있는 것을 볼 수 있죠.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
이제 안장 모양 구조가 실제로 압축과 팽창을 하고,
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
실제로 스프링 역할을 한다는 사실을 보여주는
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
명확한 증거를 가졌습니다..
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
안장 모양 구조는 쌍곡 포물면 또는 anticlastic 구조라고
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
알려져 있습니다.
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
이 구조는 엔지니어나 건축가들에게는 매우 잘 알려져있습니다.
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
압축에 굉장히 강한 표면이기 때문입니다.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
두 방향의 커브를 가지고 있습니다.
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
하나는 위쪽으로 향하는 커브고, 하나는 그것을 가로지르는 커브입니다.
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
그래서 어떤 변화든지 힘이
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
이 구조의 표면으로퍼 져나갑니다.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
엔지니어들에게는 잘 알려져있지만 생물학자들에게는 잘 알려지지 않은 구조입니다.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
보석을 만드는 몇몇 사람들에게도 잘 알려져있습니다.
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
아주 강하면서도 이런 구조를 가진 표면을
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
만들기 위해서 아주 적은 재료만 필요하기 때문입니다.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
그래서 아주 얇은 금 구조를 만들고 싶다면,
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
이런 표면으로 만드는 것이 좋죠.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
이 구조를 대중화시킨 유명한 건축가인
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
Eduardo Catalano도 이 구조를 잘 알고 있었습니다.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
이것은 그가 87년에 지은
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
안장 구조의 지붕입니다.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
두께는 2.5인치고, 두 지점으로 지탱됩니다.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
그가 이런 구조로 지붕을 만든 이유는
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
이렇게 강한 구조를 아주 적은 재료와 아주 적은 지지점으로
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
만들 수 있다는 사실에 놀랐기 때문입니다.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
이런 모든 원리는 구각류의
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
안장 모양 구조의 스프링에도 적용됩니다.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
생물학적 시스템에서 무엇인가를 만들기 위해서
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
너무 많은 재료를 사용하지 않는 것은 중요하죠.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
생물학과 공학 사이에 존재하는 흥미로운
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
공통점입니다. 그리고 흥미롭게도,
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
구각류의 안장은 쌍곡 포물면으로 설명되는
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
첫번째 생물학적 구조입니다.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
조금 길었지만, 재미있는 사실이지요.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
다음으로, 그리고 마직막으로 궁금한 점은 그렇다면
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
달팽이를 부수려면 갯가제가 얼마나 많은 힘을 가해야할까입니다.
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
저는 부하전지라는 것을 장착했습니다.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
부하전지는 힘을 측정하는데 쓰입니다.
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
실제로는 내부에 작은 결정을 가지고있는 압전기 부하전지입니다.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
이 결정이 찌그러지면, 가해진 힘에 비례해서
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
전기적 특성이 변합니다.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
갯가제는 굉장히 공격적이고,
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
항상 배고파 있죠. 그래서 제가 할일은
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
새우 반죽을 부하전지 표면에 바르는 것이 전부였습니다.
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
그러면 갯가제가 부하전지를 공격합니다.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
이것은 부하전지를 때리는 동물을 찍은
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
아주 평범한 비디오입니다.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
이 과정을 통해서 우리는 힘을 측정할 수 있었습니다.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
그리고 또다시 우리는 놀라고 말았습니다.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
저는 이 정도 크기의 동물이 100파운드 이상의
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
힘을 낼 수는 없을 거라고 생각하고 100파운드 부하전지를 구입했습니다.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
그리고 갯가제는 부하전지의 최대 용량을 바로 넘겨버렸습니다.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
이것들은 제가 실험실에서 작은 동물들을
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
찾아야했던 예전 데이터들입니다.
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
그리고 이 정도 크기의 동물이 낼 수 있는 100파운드 이상의
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
힘을 측정할 수 있었습니다.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
그리고 지난 주에 잘 작동하는 300파운드 부하전지를
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
구했습니다. 제가 측정한 바에 따르면 갯가제는 200 파운드 이상의
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
힘을 내고 있었습니다.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
제 생각에는 세계기록일 것 같습니다.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
관련 연구들을 더 찾아 봐야겠지만,
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
몸무게당 힘으로 따지면 가장 큰 힘을 내는 동물이라고 생각합니다.
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
굉장한 힘이지요.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
힘을 저장했다고 방출하는 스프링의 중요성을
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
다시 생각하게 해주는 부분입니다.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
하지만 이것이 전부가 아닙니다.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
쉬운 것처럼 보이지만, 사실은 굉장히 힘든 일이었습니다.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
저는 모든 측정치를 가지고,
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
힘을 측정한 값들을 살펴보았습니다.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
여기를 보시면 간단합니다. X축은 시간이고,
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
Y축은 힘입니다. 두 곳의 뾰족한 곳을 보실 수 있습니다.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
저를 혼란스럽게 만드는 부분이었습니다.
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
첫번째 뾰족한 곳은 갯가제가 부하전지를 쳤을 때를 나타냅니다.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
하지만 0.5 밀리초 정도 후에 두번째 커다란 꼭지점이 나타납니다.
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
그것이 무엇인지 알 수가 없었죠.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
두번째 꼭지점에 대해서 여러가지 이유를 생각해보실 수 있겠지만,
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
0.5 밀리초 후의 일은 아닐겁니다.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
다시 초고속 비디오로 돌아가보면
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
무슨 일이 일어나는지를 알려줄 좋은 힌트를 볼 수 있습니다.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
전에 우리가 봤던 장면입니다.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
사냥용 기관이 있고, 뭉뚱한 부분이 있습니다.
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
그 부분을 휘둘러서 부하전지를 때리죠.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
이렇게 해보세요. 팔이 휘둘러 날아올때
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
부하전지의 표면을 주의 깊게 살표보십시오.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
아마 번쩍이는 섬광을 보실 수 있을 것입니다.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
관중: 와우
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Shelia Patek: 한 프레임만 떼서 살펴보죠. 노란색 화살표 끝부분에서
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
증기 거품을 보실 수 있습니다.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
바로 캐비테이션입니다.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
캐비테이션은 물의 특정영역을 굉장히 큰 속도차로
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
움직이게 했을 때 일어나는
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
극단적인 유체 역학적 현상입니다.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
이 현상이 일어나는 영역은 극도로 기압이 낮아지고,
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
결과적으로 물이 증발합니다.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
그리고 증기 거품이 사라지면서, 소리와 빛, 열이 발생합니다.
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
굉장히 파괴적인 과정이지요.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
이것들이 구각류에서 일어나고 있습니다. 몇몇 엔지니어들은
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
이런 현상에 익숙합니다. 왜냐면 이 현상 때문에
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
배의 프로펠러가 파괴되기 때문입니다.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
사람들은 오랫동안 빠르게 회전하는 프로펠러가
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
이런 현상 때문에 부숴지는 것을 막으려고 노력해왔습니다.
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
그리고 아래 그림처럼 금속을 닳게해서
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
구멍을 만들었습니다.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
이 현상은 유체계에 있는 잠재적인 힘입니다. 한걸음 더 나아가보겠습니다.
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
달팽이에게 접근하는 갯가제를 보여드리겠습니다.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
초당 20,000 프레임으로 찍은 사진입니다.
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
이런 장면을 찍게해준 BBC 카메라면 Tim Green에게 감사합니다.
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
그가 아니었으면 절대 이런 장면을 찍을 수 없었습니다.
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
전문적인 카메라맨과 함께 일하는 장점 중 하나죠.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
갯가제가 다가오고, 엄청난 섬광이 일어나고,
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
캐비테이션이 달팽이의 표면으로 퍼지는 것을 볼 수 있습니다.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
엄청나게, 극단적으로 느리게 재생한
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
놀랍도록 멋진 이미지입니다.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
다시한번 약간 다른 것을 볼 수 있습니다.
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
두 표면 사이에서 거품이 생성되고 소멸되는 것을 볼 수 있습니다.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
실제로 팔의 경계에서 캐비테이션이 일어나는 것을 볼 수 있습니다.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
이 두번의 꼭지점 문제를 해결해보자면 이렇습니다.
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
첫번째 부분은 팔이 부하전지를 친 부분이고,
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
두번째 부분은 캐비테이션 거품이 소멸하면서
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
생긴 충격이라고 생각합니다.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
갯가제들은 특별한 스프링에 담아둔
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
힘과 에너지를 사용할 줄 알 뿐만 아니라
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
유체의 특성 역시 사용하고 있습니다.
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
실제로 그들은 유체의 흐름을 달팽이를 부수는 두번째 힘으로 사용하고 있습니다.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
다시 말하자면, 이 녀석들은 두번의 멋진 공격을 하고 있습니다.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
이 강연을 한 후에 자주 받는 질문이 있습니다.
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
지금 대답하는게 좋겠네요. 그럼 이 동물에게는 무슨 일이 일어날까요?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
이런 힘들이 달팽이를 부순다면
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
불쌍한 갯가제의 팔도 부서줘야 합니다. 실제로 그렇습니다.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
저 부분이 갯가제 팔에서 가격을 하는 부분입니다.
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
점점 닳아지지요. 실제로 그 부분이 완전히 닳아져서
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
보통 살부분까지 가는 것을 봤습니다.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
하지만 절지동물로서 편리한 점 중 하나는 언젠가는
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
탈피를 해야한다점입니다. 실제로 세달정도에 한번씩
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
갯가제는 탈피를 하고 새 팔을 갖습니다. 그래서 별 문제가 아니죠.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
이런 문제에 대해서는 굉장히 편리한 방법입니다.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
괴짜스러운 이야기를 끝내겠습니다.
14:34
(Laughter)
270
849000
3000
(웃음)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
852000
4000
여러분들에게는 이것들이 괴짜처럼 들릴지도 모르겠습니다.
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
(웃음)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
이 안장, 안장 모양의 스프링은
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
오랫동안 생물학자들에게 알려져왔습니다.
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
스프링이 아닌 시각적인 표시로써요.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
실제로 많은 구각류 종의 안장 한가운데
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
870000
6000
눈에 띄는 점이 있습니다.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
그리고 그들의 스프링에 있는 이런 시각적 표시의
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
진화적 기원을 찾는 일 역시 흥미로운 일입니다.
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
저는 탈피 현상으로부터 이것에 대한
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
2000
한가지 설명을 찾을 수 있다고 생각합니다.
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
889000
3000
갯가제들은 그들의 몸이 굉장히 부드러워져서
15:17
unable to strike -- their bodies become very soft.
283
892000
3000
공격을 할 수 없는 탈피기간에 들어섭니다.
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
284
895000
3000
그동안 갯가제들은 자기파괴적으로 변합니다.
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
285
898000
7000
정말입니다. 갯가제들이 공격을 할 수 없는 기간동안
15:30
when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
286
905000
3000
갯가제들은 굉장히 기분이 나쁘고 불쾌해져서
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
287
908000
4000
무엇인든 상관없이 눈에 보이는 모든 것들을 공격합니다.
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
288
912000
4000
갯가제들이 공격을 할 수 없는 기간동안 하는 또다른 동작은
15:41
they just signal. They wave their legs around.
289
916000
3000
그들의 다리를 휘두르는 것입니다.
15:44
And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
290
919000
4000
허세를 부리는 동물의 고전적인 예 중 하나죠.
15:48
It's a well-established fact of these animals
291
923000
2000
갯가제들이 허풍을 부린다는 것은 굉장히
15:50
that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
292
925000
4000
잘 정립된 사실입니다. 실제로 공격을 할 수는 없지만 그런척 하는 것이죠.
15:54
And so I'm very curious about whether those colored dots
293
929000
2000
저는 안장 중앙의 점이
15:56
in the center of the saddles are conveying some kind of information
294
931000
4000
그들의 공격 능력이나 공격의 정도
16:00
about their ability to strike, or their strike force,
295
935000
3000
탈피 기간에 대한 정보를 전달하는지에 대해
16:03
and something about the time period in the molting cycle.
296
938000
3000
궁금해졌습니다.
16:06
So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
297
941000
5000
스프링의 정중앙에 있는 시각적인 구조에 대한
16:11
right in the middle of their spring.
298
946000
3000
흥미로운 사실이지요.
16:14
So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
299
949000
5000
마지막으로,저와 가장 가까이에서 일한 저의 두 동료
16:19
Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
300
954000
3000
Wyatt Korff와 Roy Caldwell에게 감사를 전합니다.
16:22
And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
301
957000
3000
그리고 3년간 제가 과학 연구에만 매진할 수 있도록 해 준
16:25
which gave me three years of funding to just do science all the time,
302
960000
4000
Miller Institue for Basic Research in Science에도 감사를 전합니다.
16:29
and for that I'm very grateful. Thank you very much.
303
964000
3000
대단히 감사합니다.
16:32
(Applause)
304
967000
1000
(박수)
ABOUT THE SPEAKER
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcherBiologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants.
Why you should listen
Sheila Patek, a UC Berkeley biologist, made a name for herself by measuring the hyperfast movements of snail-smashing mantis shrimp heels and bug-snapping ant jaws, using high-speed video cameras recording at up to 20,000 frames per second. In 2004, she and her team showed that peacock mantis shrimp had the fastest feeding strike in the animal kingdom, and that they are the only known animal to store energy in a hyperbolic paraboloid, a super-strong Pringles-shaped structure more often found in modern architecture.
Then in 2006, she and her team announced that trap-jaw ants had stolen the title of fastest striker from the mantis shrimp, when their research measured the ants' snapping jaws at an awesome 78 to 145 miles per hour, accelerating at 100,000 times the force of gravity. Patek's previous research focused on the sounds made by spiny lobsters, discovering that they used a mechanism similar to a violin. In 2004, she was named one of Popular Science magazine's "Brilliant 10." The Patek Lab at University of Massachusetts Amherst, where Patek is the principal investigator, continues to explore evolutionary questions through the integration of physiology, biomechanics, evolutionary analysis and animal behavior.
Sheila Patek | Speaker | TED.com