TED2005
Robert Full: The sticky wonder of gecko feet
Robert Full over dierlijke voortbeweging
Filmed:
Readability: 3.7
890,074 views
De bioloog Robert Full toont vertraagde videobeelden van fascinerende schepsels. Bekijk de stekelige poten van kakkerlakken die het hen mogelijk maken om over een draadnet te lopen en de van 'nanoborstels' voorziene voeten waarmee gekko's tegen muren kunnen oplopen.
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
I want you to imagine that you're a student in my lab.
0
0
5000
Stel je voor dat je een student bent in mijn lab.
00:17
What I want you to do is to create a biologically inspired design.
1
5000
4000
Je moet een biologisch geïnspireerd ontwerp creëren.
00:21
And so here's the challenge:
2
9000
2000
Hier is de uitdaging:
00:23
I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model.
3
11000
6000
ik wil dat je me een volledig 3D, dynamisch, geparametreerd contactmodel helpt creëren.
00:29
The translation of that is, could you help me build a foot?
4
17000
4000
Of anders gezegd, kan je me helpen om een voet te bouwen?
00:33
And it is a true challenge, and I do want you to help me.
5
21000
2000
Het is een echte uitdaging en ik wil dat je me helpt.
00:35
Of course, in the challenge there is a prize.
6
23000
2000
Natuurlijk is aan de uitdaging een prijs verbonden.
00:37
It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab.
7
25000
7000
Het is niet helemaal de TED Prize, maar het is een exclusief T-shirt uit ons lab.
00:44
So please send me your ideas about how to design a foot.
8
32000
6000
Stuur me dus je ideeën over hoe een voet te ontwerpen.
00:50
Now if we want to design a foot, what do we have to do?
9
38000
4000
Hoe moeten we dat doen?
00:54
We have to first know what a foot is.
10
42000
3000
We moeten eerst weten wat een voet is.
00:57
If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg
11
45000
3000
Het woordenboek zegt: ”Het is het onderste uiteinde van een been
01:00
that is in direct contact with the ground in standing or walking"
12
48000
2000
dat in direct contact is met de grond bij het staan of lopen.”
01:02
That's the traditional definition.
13
50000
1000
Dat is de traditionele definitie.
01:03
But if you wanted to really do research, what do you have to do?
14
51000
3000
Maar als je echt onderzoek wil doen, wat moet je dan doen?
01:06
You have to go to the literature and look up what's known about feet.
15
54000
3000
Je gaat in de literatuur opzoeken wat er bekend is over voeten.
01:09
So you go to the literature. (Laughter)
16
57000
2000
Dus ga je naar de literatuur. (Gelach)
01:12
Maybe you're familiar with this literature.
17
60000
2000
Misschien zijn jullie vertrouwd met deze literatuur.
01:14
The problem is, there are many, many feet.
18
62000
3000
Het probleem is dat er vele, vele voeten bestaan.
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
Hoe doe je dit?
01:18
You need to survey all feet and extract the principles of how they work.
20
66000
5000
Je moet alle voeten onderzoeken en er de principes over hoe ze werken uit distilleren.
01:23
And I want you to help me do that in this next clip.
21
71000
2000
Ik wil dat jullie me helpen om dat te doen in de volgende clip.
01:25
As you see this clip, look for principles,
22
73000
3000
Als je deze clip bekijkt, zoek dan naar de principes,
01:28
and also think about experiments that you might design
23
76000
3000
en denk ook na over de experimenten die je zou kunnen opzetten
01:31
in order to understand how a foot works.
24
79000
4000
om te uit te vissen hoe een voet werkt.
01:44
See any common themes? Principles?
25
92000
2000
Zie je gemeenschappelijke thema's? Principes?
01:46
What would you do?
26
94000
3000
Wat zou jij doen?
01:59
What experiments would you run?
27
107000
2000
Welke experimenten zou jij uitvoeren?
03:31
Wow. (Applause)
28
199000
6000
Wow. (Applaus)
03:37
Our research on the biomechanics of animal locomotion
29
205000
3000
Ons onderzoek naar de biomechanica van de dierlijke voortbeweging
03:40
has allowed us to make a blueprint for a foot.
30
208000
2000
heeft ons toegelaten om een blauwdruk voor een voet te maken.
03:42
It's a design inspired by nature, but it's not a copy of any specific foot you just looked at,
31
210000
6000
Het is een ontwerp dat geïnspireerd is door de natuur, maar het is geen kopie van een specifieke voet zoals je net zag,
03:48
but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
32
216000
4000
maar het is een synthese van de geheimen van vele, vele voeten.
03:52
Now it turns out that animals can go anywhere.
33
220000
3000
Nu blijkt dat dieren overal op kunnen lopen.
03:55
They can locomote on substrates that vary as you saw --
34
223000
2000
Ze kunnen zich voortbewegen op diverse ondergronden -
03:57
in the probability of contact, the movement of that surface
35
225000
4000
in de kans op contact, de beweging van dat oppervlak
04:01
and the type of footholds that are present.
36
229000
3000
en het type van de steunpunten die aanwezig zijn.
04:04
If you want to study how a foot works,
37
232000
2000
Als je wil bestuderen hoe een voet werkt,
04:06
we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris.
38
234000
4000
dan zullen we deze oppervlakken moeten simuleren, of toch dat puin moeten simuleren.
04:10
When we did that, here's a new experiment that we did:
39
238000
5000
Hier is een nieuw experiment:
04:15
we put an animal and had it run -- this grass spider --
40
243000
2000
we plaatsten er een dier en lieten het lopen - deze grasspin -
04:17
on a surface with 99 percent of the contact area removed.
41
245000
3000
over een oppervlak waarbij 99 procent van het contactoppervlak verwijderd was.
04:20
But it didn't even slow down the animal.
42
248000
2000
Maar dat vertraagde het dier niet eens.
04:22
It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
43
250000
3000
Het loopt nog altijd met het menselijke equivalent van 500 kilometer per uur.
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully.
44
253000
3000
Hoe zou het dat doen? Nou ja, beter kijken.
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris.
45
256000
6000
Wanneer we 50 keer vertragen, zien we hoe de poot dat gesimuleerde puin raakt.
04:34
The leg is acting as a foot.
46
262000
2000
De hele poot werkt als een voet.
04:36
And in fact, the animal contacts other parts of its leg
47
264000
3000
In feite maakt het dier meer contact met andere delen van zijn poot
04:39
more frequently than the traditionally defined foot.
48
267000
3000
dan met de traditioneel gedefinieerde voet.
04:42
The foot is distributed along the whole leg.
49
270000
4000
De voet is verdeeld over de hele poot.
04:46
You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot,
50
274000
4000
Je kunt dit doen bij een ander experiment, waar je een kakkerlak met voet neemt,
04:50
and you can remove its foot.
51
278000
2000
en zijn voet wegneemt.
04:52
I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
Ik geef wat kakkerlakken door. Kijk eens naar hun voeten.
04:56
Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
Zo gaat het zonder voeten. Hij vertraagt zelfs niet eens.
05:00
It can run the same speed without even that segment.
54
288000
3000
Hij kan met dezelfde snelheid lopen, zelfs zonder dat segment.
05:03
No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care.
55
291000
3000
Geen probleem voor de kakkerlak - ze groeien terug aan, mocht je daarmee inzitten.
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
Hoe doen ze het?
05:08
Look carefully: this is slowed down 100 times,
57
296000
3000
Kijk goed: dit is 100 keer vertraagd,
05:11
and watch what it's doing with the rest of its leg.
58
299000
3000
en kijk wat hij doet met de rest van zijn poot.
05:14
It's acting, again, as a distributed foot --
59
302000
3000
Het werkt, alweer, als een verdeelde voet.
05:17
very effective.
60
305000
2000
Zeer effectief.
05:19
Now, the question we had is, how general is a distributed foot?
61
307000
5000
Nu is onze vraag: hoe algemeen is zo’n verdeelde voet?
05:24
And the next behavior I'll show you of this animal just stunned us the first time that we saw it.
62
312000
9000
Het gedrag van dit dier dat ik je zal laten zien, heeft ons effenaf verbijsterd de eerste keer dat we het zagen.
05:33
Journalists, this is off the record; it's embargoed.
63
321000
5000
Journalisten, dit is off the record, het is onder embargo -
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
kijk daar eens goed naar!
05:40
That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut.
65
328000
7000
Dat is een tweevoetige octopus vermomd als rollende kokosnoot.
05:47
It was discovered by Christina Huffard
66
335000
4000
Hij werd ontdekt door Christina Huffard
05:51
and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
67
339000
3000
en gefilmd door Sea Studios, hier bij Monterey.
05:56
We've also described another species of bipedal octopus.
68
344000
5000
We hebben ook een andere soort tweevoetige octopus beschreven.
06:01
This one disguises itself as floating algae.
69
349000
3000
Een die zich vermomt als drijvende algen.
06:04
It walks on two legs and it holds the other arms up in the air so that it can't be seen.
70
352000
5000
Hij loopt op twee benen en houdt de andere armen omhoog, zodat hij niet gezien kan worden.
06:09
(Applause)
71
357000
1000
(Applaus)
06:10
And look what it does with its foot to get over challenging terrain.
72
358000
8000
Kijk eens wat hij doet met zijn voet als hij over moeilijk terrein loopt.
06:18
It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there --
73
366000
11000
Hij maakt gebruik van die mooie verspreide voet alsof die hindernissen er niet eens zijn.
06:29
truly extraordinary.
74
377000
2000
Werkelijk buitengewoon.
06:33
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy.
75
381000
4000
In 1951 maakte Escher deze tekening. Hij dacht dat hij een dierlijke fantasie creëerde.
06:38
But we know that art imitates life,
76
386000
2000
Maar we weten dat de kunst het leven imiteert,
06:40
and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal.
77
388000
3000
en het blijkt dat de evolutie, drie miljoen jaar geleden, het volgende dier liet ontstaan.
06:43
It's a shrimp-like animal called the stomatopod,
78
391000
2000
Het is een garnaalachtig dier, stomatopode genaamd,
06:45
and here's how it moves on the beaches of Panama:
79
393000
4000
en hier zie je het lopen op de stranden van Panama:
06:49
it actually rolls, and it can even roll uphill.
80
397000
4000
het rolt eigenlijk, en kan zelfs bergop rollen.
06:53
It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
81
401000
8000
Het is de ultieme verdeelde voet, zijn hele lichaam treedt in dit geval op als voet.
07:03
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature,
82
411000
5000
Dus de eerste belangrijke eigenschap die we aan onze blauwdruk willen toevoegen,
07:08
we want to add distributed foot contact.
83
416000
2000
is het contact via de verdeelde voet.
07:10
Not just with the traditional foot, but also the leg,
84
418000
3000
Niet alleen met de traditionele voet, maar ook met de poot,
07:13
and even of the body.
85
421000
1000
en zelfs met het hele lichaam.
07:14
Can this help us inspire the design of novel robots?
86
422000
4000
Kan dit ons inspireren bij het ontwerpen van nieuwe robots?
07:18
We biologically inspired this robot, named RHex,
87
426000
3000
Deze biologisch geïnspireerde robot RHex
07:21
built by these extraordinary engineers over the last few years.
88
429000
4000
werd de afgelopen jaren gebouwd door deze bijzondere ingenieurs.
07:25
RHex's foot started off to be quite simple,
89
433000
3000
RHex's voet begon heel eenvoudig,
07:28
then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle.
90
436000
5000
werd steeds verbeterd en resulteerde uiteindelijk in deze halve cirkel.
07:33
Why is that? The video will show you.
91
441000
2000
Waarom? De video zal het laten zien.
07:35
Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain.
92
443000
7000
Kijk waar de robot met zijn poot contact maakt om over dit zeer moeilijk terrein te lopen.
07:42
What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot.
93
450000
6000
Jullie zullen zien dat hij in feite de halve cirkel van zijn poot gebruikt als een verdeelde voet.
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
Zie hem hierover lopen.
07:50
You can see it here well on this debris.
95
458000
2000
Je kunt zien hoe goed hij over dit puin loopt.
07:53
Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs.
96
461000
6000
Buitengewoon. Geen sensoren, heel de controle zit hem in de aangepaste poten.
07:59
Really simple, but beautiful.
97
467000
2000
Heel simpel, maar mooi.
08:01
Now, you might have noticed something else about the animals
98
469000
3000
Nu hebben jullie misschien nog iets anders over de dieren opgemerkt
08:04
when they were running over the rough terrain.
99
472000
2000
toen ze over het ruwe terrein liepen.
08:06
And my assistant's going to help me here.
100
474000
2000
Mijn assistent gaat me hiermee helpen.
08:08
When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him?
101
476000
4000
Toen je die kakkerlakpoot aanraakte – kan je hem even de microfoon geven?
08:12
When you touched the cockroach leg, what did it feel like?
102
480000
3000
Toen je die kakkerlakpoot aanraakte, hoe voelde dat aan?
08:15
Did you notice something?
103
483000
2000
Merkte je iets op?
08:17
Boy: Spiny.
104
485000
1000
Jongen: Stekelig.
08:18
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts.
105
486000
4000
Robert Full: Stekelig, niet? Echt stekelig, is het niet? Het doet pijn.
08:22
Maybe we could give it to our curator and see if he'd be brave enough to touch the cockroach.
106
490000
6000
Misschien kunnen we hem even aan onze curator geven en zien of hij dapper genoeg is om de kakkerlak aan te raken.
08:28
(Laughter)
107
496000
1000
(Gelach)
08:29
Chris Anderson: Did you touch it?
108
497000
1000
Chris Anderson: Heb je hem aangeraakt?
08:30
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
RF: Dus als je hier goed naar kijkt, dan zie je dat ze stekels hebben
08:33
and until a few weeks ago, no one knew what they did.
110
501000
3000
en tot een paar weken geleden wist niemand dat.
08:36
They assumed that they were for protection and for sensory structures.
111
504000
3000
Ze dachten dat ze voor bescherming en om te voelen dienden.
08:39
We found that they're for something else -- here's a segment of that spine.
112
507000
4000
We ontdekten dat ze voor iets anders dienden - hier is een segment van die stekels.
08:43
They're tuned such that they easily collapse in one direction
113
511000
3000
Ze zitten zo in elkaar dat ze makkelijk inklappen in een richting
08:46
to pull the leg out from debris,
114
514000
2000
om de poot uit het puin te trekken,
08:48
but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
115
516000
6000
maar ze zijn stijf in de andere richting, zodat ze zich vastzetten op uitsteeksels op het oppervlak.
08:54
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand --
116
522000
3000
Nu komen krabben geen steunpunten te kort, omdat ze normaal gesproken over zand lopen -
08:57
until they come to our lab.
117
525000
1000
totdat ze naar ons lab komen,
08:59
And where they have a problem with this kind of mesh,
118
527000
3000
waar ze een probleem hebben met dit soort gaas,
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
omdat ze geen stekels hebben.
09:05
The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain.
120
533000
3000
Bij krabben ontbreken die stekels, dus hebben ze een probleem op dit soort ruw terrein.
09:08
But of course, we can deal with that
121
536000
3000
Maar daar hebben we iets op gevonden,
09:11
because we can produce artificial spines.
122
539000
3000
want we kunnen kunstmatige stekels produceren.
09:15
We can make spines that catch on simulated debris
123
543000
3000
We kunnen stekels maken die zich op gesimuleerd puin vastzetten
09:18
and collapse on removal to easily pull them out.
124
546000
3000
en inklappen bij verwijdering om ze er gemakkelijk uit te trekken.
09:21
We did that by putting these artificial spines on crabs,
125
549000
3000
We deden dat door krabben te voorzien van deze kunstmatige stekels,
09:24
as you see here, and then we tested them.
126
552000
2000
zoals je hier ziet, en dan gingen we ze testen.
09:26
Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes!
127
554000
4000
Hebben we dat principe van tuning echt begrepen? Het antwoord is: ja!
09:30
This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris.
128
558000
5000
Dit is 20 keer vertraagd, en de krab zoeft gewoon over dat gesimuleerde puin.
09:35
(Laughter) (Applause)
129
563000
2000
(Gelach) (Applaus)
09:37
A little better than nature.
130
565000
2000
Een beetje beter dan de natuur.
09:40
So to our blueprint, we need to add tuned spines.
131
568000
3000
Dus moeten we aan onze blauwdruk afgestemde stekels toevoegen.
09:43
Now will this help us think about the design of more effective climbing robots?
132
571000
5000
Helpt ons dat nu bij het ontwerpen van effectievere klimmende robots?
09:48
Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here.
133
576000
5000
Nou, hier is RHex - RHex heeft moeite op rails - op gladde rails, zoals je hier ziet.
09:53
So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn.
134
581000
4000
Waarom zouden we hem geen stekels geven? Mijn collega's bij U Penn deden dit.
09:57
Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot,
135
585000
4000
Zeer eenvoudige versie - - Dan Koditschek plaatste enkele stalen nagels op de robot -
10:01
and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem!
136
589000
6000
en hier is RHex, die nu over die stalen rails loopt. Geen probleem!
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
Hoe doet hij dat?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action.
138
596000
2000
Laten we het vertragen zodat jullie de stekels in actie zien.
10:10
Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there.
139
598000
3000
Zie de poot ronddraaien, en je zult hem hier zien aangrijpen.
10:13
It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over.
140
601000
3000
Daarvoor ging dat niet, hij slipte alleen maar, kwam vast te zitten en viel omver.
10:16
And watch again, right there -- successful.
141
604000
4000
Weer kijken, daar - succesvol.
10:20
Now just because we have a distributed foot and spines
142
608000
3000
Maar een verdeelde voet en stekels alleen
10:23
doesn't mean you can climb vertical surfaces.
143
611000
2000
zijn niet voldoende om verticale oppervlakken te beklimmen.
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
Dit is echt, echt moeilijk.
10:28
But look at this animal do it!
145
616000
2000
Maar kijk dit dier dat eens doen!
10:30
One of the ones I'm passing around is climbing up this vertical surface that's a smooth metal plate.
146
618000
6000
Een van degene die ik rond laat gaan, klimt op dit verticaal oppervlak, een gladde metalen plaat.
10:36
It's extraordinary how fast it can do it --
147
624000
2000
Het is buitengewoon hoe snel het dat kan doen -
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary.
148
626000
4000
maar als je het vertraagt, zie je iets heel bijzonders.
10:42
It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look --
149
630000
4000
Het is een geheim. Het dier klimt effectief door uitglijden en kijk -
10:46
and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface.
150
634000
4000
het doet dat, eigenlijk buitengewoon, door het oppervlak te 'grijpen'.
10:50
It looks, in fact, like it's swimming up the surface.
151
638000
3000
Het lijkt of het zwemt over het oppervlak.
10:53
We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it.
152
641000
4000
We kunnen dat gedrag beter als een vloeistof modelleren, als je ernaar kijkt.
10:57
The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
153
645000
4000
De verdeelde voet werkt hier meer als een peddel.
11:01
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand.
154
649000
4000
Hetzelfde geldt wanneer we keken naar deze hagedis die over gefluïdiseerd zand loopt.
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
Bekijk z'n voeten.
11:07
It's actually functioning as a paddle
156
655000
2000
Ze functioneren eigenlijk als een peddel
11:09
even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid.
157
657000
6000
zelfs al is het in interactie met een oppervlak dat we normaal beschouwen als een vaste stof.
11:15
This is not different from what my former undergraduate discovered
158
663000
5000
Dit is niets anders dan wat mijn voormalige studente ontdekte
11:20
when she figured out how lizards can run on water itself.
159
668000
4000
toen ze erachter kwam hoe hagedissen op water zelf kunnen lopen.
11:25
Can you use this to make a better robot?
160
673000
5000
Kan je dit gebruiken om een betere robot maken?
11:30
Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics --
161
678000
3000
Martin Buehler heeft dat gedaan- die is nu bij Boston Dynamics -
11:33
he took this idea and made RHex to be Aqua RHex.
162
681000
5000
hij vertrok van dit idee en maakte van RHex Aqua RHex.
11:38
So here's RHex with paddles,
163
686000
2000
Dus hier is RHex met peddels,
11:40
now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
164
688000
5000
nu omgezet in een ongelooflijk wendbare zwemmende robot.
11:46
For rough surfaces, though, animals add claws.
165
694000
3000
Voor ruwe oppervlakken gebruiken dieren evenwel klauwen.
11:49
And you probably feel them if you grabbed it.
166
697000
1000
Je hebt ze waarschijnlijk gevoeld toen je ze beetpakte.
11:50
Did you touch it?
167
698000
1000
Heb je ze aangeraakt?
11:51
CA: I did.
168
699000
1000
CA: Ja.
11:52
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
RF: Ze kunnen zich met deze klauwen heel goed vasthouden op oppervlakken.
11:54
Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer
170
702000
6000
Mark Cutkosky van Stanford University, een van mijn medewerkers, is een buitengewone ingenieur
12:00
who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing,
171
708000
3000
die de techniek van 'productie door afzetting van vormen' ontwikkelde,
12:03
where he can imbed claws right into an artificial foot.
172
711000
3000
waarmee hij klauwen aan een kunstmatige voet kan verankeren.
12:06
And here's the simple version of a foot for a new robot that I'll show you in a bit.
173
714000
5000
En hier is de eenvoudige versie van een voet voor een nieuwe robot die ik jullie dadelijk zal laten zien.
12:11
So to our blueprint, let's attach claws.
174
719000
3000
Dus voegen we aan onze blauwdruk ook nog klauwen toe.
12:14
Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces,
175
722000
3000
Maar om echt wendbaar te zijn op alle oppervlakken, maken
12:17
the animals use hybrid mechanisms
176
725000
2000
de dieren gebruik van hybride mechanismen
12:19
that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion
177
727000
4000
waaronder klauwen, stekels, haren, kussens, lijm, capillaire hechting
12:23
and a whole bunch of other things.
178
731000
1000
en een nog hele hoop andere dingen.
12:24
These are all from different insects.
179
732000
2000
Die komen allemaal van verschillende insecten.
12:26
There's an ant crawling up a vertical surface.
180
734000
2000
Hier een mier die over verticaal oppervlak kruipt.
12:28
Let's look at that ant.
181
736000
1000
Laten we eens kijken naar die mier.
12:30
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
Dit is de voet van een mier. Je ziet de haren en de scharen en dit ding hier.
12:35
This is when its foot's in the air.
183
743000
2000
Dit is wanneer de voet opgeheven is.
12:37
Watch what happens when the foot goes onto your sandwich.
184
745000
4000
Kijk wat er gebeurt als de voet op je boterham terechtkomt.
12:41
You see what happens?
185
749000
2000
Zie je wat er gebeurt?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
Dat kussen komt tevoorschijn. Daar zit de lijm.
12:48
Here from underneath is an ant foot,
187
756000
3000
Hier onderaan is een mierenvoet,
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything.
188
759000
6000
en wanneer de klauwen zich niet ingraven, komt dat kussen automatisch naar buiten zonder dat de mier iets hoeft te doen.
12:57
It just extrudes.
189
765000
1000
Het extrudeert gewoon.
12:58
And this was a hard shot to get -- I think this is the shot of the ant foot on the superstrings.
190
766000
5000
Deze foto was moeilijk te maken - ik denk dat dit een foto is van de mierenvoet op supersnaren.
13:03
So it's pretty tough to do.
191
771000
1000
Vrij moeilijk om te doen.
13:04
This is what it looks like close up --
192
772000
3000
Zo ziet het er uit van dichtbij -
13:07
here's the ant foot, and there's the glue.
193
775000
2000
Hier is de mierenvoet en daar de lijm.
13:09
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture.
194
777000
4000
We ontdekten dat deze lijm een interessant tweefasenmengsel kan worden.
13:13
It certainly helps it to hold on.
195
781000
2000
Het helpt ze zeker om zich vast te houden.
13:15
So to our blueprint, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
Dus voegen we op onze blauwdruk een aantal kleefkussentjes toe.
13:19
Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here.
197
787000
4000
Jullie zouden kunnen denken dat we voor gladde oppervlakken hier inspiratie van krijgen.
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
Maar hier hebben we iets beters.
13:26
The gecko's a really great example of nanotechnology in nature.
199
794000
3000
Gekko’s zijn een heel mooi voorbeeld van nanotechnologie in de natuur.
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
Dit zijn zijn voeten.
13:31
They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with,
201
799000
4000
Ze lijken bijna buitenaards. Het geheim waardoor ze blijven kleven,
13:35
involves their hairy toes.
202
803000
2000
zijn hun behaarde tenen.
13:37
They can run up a surface at a meter per second,
203
805000
4000
Ze kunnen tegen een meter per seconde tegen een oppervlak oplopen.
13:41
take 30 steps in that one second -- you can hardly see them.
204
809000
3000
Ze nemen 30 stappen in die ene seconde - je kunt het bijna niet zien.
13:44
If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds,
205
812000
3000
Als we het vertragen, zien we dat het vasthechten acht milliseconden
13:47
and detach them in 16 milliseconds.
206
815000
3000
en het lossen 16 milliseconden duurt.
13:50
And when you watch how they detach it, it is bizarre.
207
818000
7000
Raar hoe ze ze losmaken.
13:57
They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape.
208
825000
5000
Ze pellen ze af van het oppervlak zoals je een stukje tape zou afpellen.
14:02
Very strange. How do they stick?
209
830000
3000
Heel vreemd. Hoe blijven ze kleven?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae
210
833000
3000
Op hun voeten hebben ze bladachtige structuren, linalae genaamd,
14:08
with millions of hairs.
211
836000
1000
met miljoenen haartjes.
14:09
And each hair has the worst case of split ends possible.
212
837000
3000
Elk haar heeft het ergst mogelijke geval van gespleten eindjes.
14:12
It has a hundred to a thousand split ends,
213
840000
3000
Het heeft een honderd tot duizend gespleten haarpunten,
14:15
and that's the secret, because it allows intimate contact.
214
843000
3000
en dat is het geheim, omdat het een innig contact mogelijk maakt.
14:18
The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends.
215
846000
4000
De gekko heeft een miljard van deze gespleten haarpunten van 200 nanometer.
14:22
And they don't stick by glue, or they don't work like Velcro, or they don't work with suction.
216
850000
5000
Ze kleven niet door lijm, ze niet werken zoals klittenband, ze werken niet door zuiging.
14:27
We discovered they work by intermolecular forces alone.
217
855000
4000
We ontdekten dat ze louter door intermoleculaire krachten werken.
14:31
So to our blueprint, we split some hairs.
218
859000
4000
Dus ook enkele gesplitste haren op onze blauwdruk,.
14:35
This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive --
219
863000
3000
Dit leidde tot het ontwerp van de eerste zelfreinigende droge lijm.
14:38
the patent issued, we're happy to say.
220
866000
2000
We zijn blij te kunnen zeggen dat het octrooi is verleend.
14:40
And here's the simplest version in nature,
221
868000
3000
Hier de eenvoudigste versie ervan in de natuur,
14:43
and here's my collaborator Ron Fearing's attempt
222
871000
3000
en hier is het probeersel van mijn medewerker Ron Fearing
14:46
at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane.
223
874000
5000
van een kunstmatige versie van deze lijm, gemaakt van polyurethaan.
14:51
And here's the first attempt to have it work on some load.
224
879000
3000
Hier de eerste poging om het te laten werken onder enige belasting.
14:54
There's enormous interest in this in a variety of different fields.
225
882000
3000
Er bestaat hiervoor een enorme belangstelling op allerlei gebied.
14:57
You could think of a thousand possible uses, I'm sure.
226
885000
3000
Je zou zeker duizend mogelijke toepassingen kunnen bedenken.
15:00
Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product.
227
888000
5000
Veel mensen hebben dat gedaan, en we zijn enthousiast over het realiseren hiervan als een product.
15:05
We have imagined products; for example, this one:
228
893000
2000
We hebben producten voorgesteld, bijvoorbeeld dit:
15:08
we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid.
229
896000
5000
we stelden ons een bio-geïnspireerd kleefverband voor, maar zonder lijm dan.
15:13
We took some hairs from a molting gecko;
230
901000
2000
We namen wat haren van een vervellende gekko,
15:15
put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
231
903000
4000
zetten er drie lagen van hierop en maakten zo dit kleefverband.
15:19
This is an undergraduate volunteer --
232
907000
2000
Dit is een student-vrijwilliger
15:21
we have 30,000 undergraduates so we can choose among them --
233
909000
3000
- we hebben 30.000 studenten, zodat we een ruime keuze hebben.
15:24
that's actually just a red pen mark.
234
912000
2000
De 'wonde' is eigenlijk alleen maar een markering met rode pen.
15:26
But it makes an incredible Band-Aid.
235
914000
2000
Maar het werd een ongelooflijk kleefverband.
15:28
It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater.
236
916000
8000
Het is luchtdoorlatend, kan gemakkelijk worden afgepeld, veroorzaakt geen irritatie en houdt onder water.
15:36
I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research --
237
924000
5000
Ik denk dat dit een buitengewoon voorbeeld is van hoe op nieuwsgierigheid gebaseerd onderzoek
15:41
we just wondered how they climbed up something --
238
929000
2000
- we vroegen ons af hoe ze ergens op klommen -
15:43
can lead to things that you could never imagine.
239
931000
3000
kan leiden tot dingen die je nooit zou kunnen bedenken.
15:46
It's just an example of why we need to support curiosity-based research.
240
934000
4000
Het is gewoon een voorbeeld van waarom we onderzoek op basis van nieuwsgierigheid moeten ondersteunen.
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid.
241
938000
3000
Hier zie je het aftrekken van het kleefverband.
15:53
So we've redefined, now, what a foot is.
242
941000
4000
We hebben de voet opnieuw gedefinieerd.
15:57
The question is, can we use these secrets, then,
243
945000
2000
Kan dit ons nu inspireren
15:59
to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature?
244
947000
3000
tot het ontwerp van een betere voet, beter dan wat we zien in de natuur?
16:02
Here's the new project:
245
950000
2000
Hier is het nieuwe project:
16:04
we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets --
246
952000
6000
we proberen om de eerste klimmende zoek-en-redrobot te creëren. Niet door zuiging of magneten:
16:10
that can only move on limited kinds of surfaces.
247
958000
3000
die kunnen alleen bewegen op een beperkt aantal soorten ondergrond.
16:13
I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment --
248
961000
5000
Ik noem de nieuwe robot RiSE, voor ”Robot in Scansorial Environment" - dat wil zeggen een klim-omgeving.
16:18
and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot.
249
966000
4000
Een buitengewoon team van biologen en ingenieurs houdt zich bezig met het creëren van deze robot.
16:22
And here is RiSE.
250
970000
2000
Hier is RiSE.
16:26
It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree.
251
974000
3000
Hij heeft zes poten en een staart. Hier op een hek en een boom.
16:29
And here are RiSE's first steps on an incline.
252
977000
4000
Hier RiSE's eerste stappen op een helling.
16:33
You have the audio? You can hear it go up.
253
981000
3000
Je hebt audio? Je kunt hem horen omhooggaan.
16:36
And here it is coming up at you, in its first steps up a wall.
254
984000
6000
Hier komt hij naar je toe, zijn eerste stappen op een muur.
16:42
Now it's only using its simplest feet here, so this is very new.
255
990000
5000
Hij gebruikt alleen maar zijn eenvoudigste voeten, dit is dus heel nieuw.
16:47
But we think we got the dynamics right of the robot.
256
995000
3000
Maar we denken dat we een juiste kijk hebben op de dynamica van de robot.
16:51
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further.
257
999000
2000
Mark Cutkosky gaat echter nog een stap verder.
16:53
He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes.
258
1001000
5000
Hij is degene die de door vormafzetting vervaardigde voeten en tenen wist te bouwen.
16:58
The next step is to make compliant toes,
259
1006000
4000
De volgende stap is om meegevende tenen te maken,
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives.
260
1010000
2000
te proberen om stekels en klauwen toe te voegen en droge lijmen toe te passen.
17:04
So the idea is to first get the toes and a foot right,
261
1012000
3000
Het idee is om eerst de tenen en een voet in orde te krijgen,
17:07
attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot.
262
1015000
3000
die te laten klimmen, en ze uiteindelijk op de robot te monteren.
17:10
And that's exactly what he's done.
263
1018000
2000
En dat is precies wat hij heeft gedaan.
17:12
He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
264
1020000
5000
Hij heeft in feite een klimmende ‘voet-bot’ gebouwd, geïnspireerd op de natuur.
17:17
And here's Cutkosky's and his amazing students' design.
265
1025000
4000
Hier is het ontwerp van Cutkosky en zijn verbluffende leerlingen.
17:21
So these are tuned toes -- there are six of them,
266
1029000
6000
Dit zijn afgestemde tenen - er zijn er zes,
17:27
and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint.
267
1035000
9000
en ze gebruiken de principes waar ik zojuist over heb gesproken voor de blauwdruk.
17:36
So this is not using any suction, any glue,
268
1044000
2000
Dit werkt niet door zuiging of lijm,
17:38
and it will ultimately, when it's attached to the robot --
269
1046000
3000
en het zal uiteindelijk, als het op de robot zal gemonteerd zijn-
17:41
it's as biologically inspired as the animal --
270
1049000
3000
net zo biologisch geïnspireerd zijn als het dier.
17:44
hopefully be able to climb any kind of a surface.
271
1052000
5000
En hopelijk in staat om elk soort oppervlak te beklimmen.
17:49
Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford.
272
1057000
5000
Hier zie je hem omhoogklimmen tegen de zijkant van een gebouw in Stanford.
17:54
It's sped up -- again, it's a foot climbing.
273
1062000
3000
Het is versneld - nogmaals, het is alleen maar een klimmende voet.
17:57
It's not the whole robot yet, we're working on it --
274
1065000
2000
Het is de hele robot nog niet, we werken eraan -
17:59
now you can see how it's attaching.
275
1067000
1000
nu kunnen jullie zien hoe hij aanklampt.
18:00
These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs
276
1068000
6000
Deze afgestemde structuren maken het mogelijk dat de stekels, de wrijvingskussentjes en uiteindelijk de klevende haren
18:06
to grab onto very challenging, difficult surfaces.
277
1074000
3000
aan zeer moeilijke oppervlakken kunnen aanhechten.
18:09
And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times --
278
1077000
4000
Zo konden we dit ding maken - dit is nu 20 keer versneld -
18:13
can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK?
279
1081000
4000
Kun je je voorstellen dat dit ding omhoog probeert te gaan om iemand te redden op de bovenste verdieping? Oké?
18:17
You can visualize this now; it's not impossible.
280
1085000
2000
Je kunt je dit nu voorstellen, het is niet meer onmogelijk.
18:19
It's a very challenging task. But more to come later.
281
1087000
4000
Het is een zeer uitdagende taak. Maar later meer hierover.
18:23
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built.
282
1091000
4000
Om te eindigen: we hebben de natuur ontwerpgeheimen ontfutseld door te kijken hoe voeten in elkaar zitten.
18:27
We've learned we should distribute control to smart parts.
283
1095000
3000
We hebben geleerd controle te distribueren naar slimme onderdelen.
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
Laat niet alles aan de hersenen over,
18:31
but put some of the control in tuned feet, legs and even body.
285
1099000
4000
maar plaats een deel van de controle in afgestemde voeten, poten en zelfs het lichaam.
18:35
That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems,
286
1103000
3000
Dat de natuur gebruik maakt van hybride oplossingen, niet van één enkele oplossing, voor deze problemen,
18:38
and they're integrated and beautifully robust.
287
1106000
3000
dat ze zijn geïntegreerd zijn en stevig in elkaar zitten.
18:41
And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology,
288
1109000
8000
Ten derde, geloven wij sterk dat we de natuur niet willen nabootsen, maar in plaats daarvan geïnspireerd worden door de biologie.
18:49
and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there
289
1117000
4000
We willen deze nieuwe principes toepassen met de beste technische oplossingen die er zijn
18:53
to make -- potentially -- something better than nature.
290
1121000
3000
om - eventueel - iets beters dan de natuur te maken.
18:57
So there's a clear message:
291
1125000
2000
Dus er is een duidelijke boodschap:
18:59
whether you care about a fundamental, basic research
292
1127000
3000
of je nu inzit met fundamenteel onderzoek
19:02
of really interesting, bizarre, wonderful animals,
293
1130000
3000
van echt interessante, bizarre, wonderlijke dieren,
19:05
or you want to build a search-and-rescue robot
294
1133000
1000
of dat je een zoek-en-redrobot wil bouwen
19:06
that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire,
295
1134000
3000
die je kan helpen bij een aardbeving, of om iemand uit een brand te redden,
19:09
or you care about medicine, we must preserve nature's designs.
296
1137000
5000
of dat je geeft om geneeskunde: we moeten de ontwerpen van de natuur behouden.
19:14
Otherwise these secrets will be lost forever.
297
1142000
3000
Anders zullen deze geheimen voor altijd verloren gaan.
19:17
Thank you.
298
1145000
1000
Dank u.
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