TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Robert Full: De geheimen van de meest weerzinwekkende dieren in de natuur, toegepast op robotten
Filmed:
Readability: 4.7
1,286,255 views
Hoe kunnen robotten leren te stabiliseren op ruw terrein, ondersteboven te lopen, gymnastiekbewegingen te maken in de lucht en tegen muren op te lopen zonder zichzelf schade toe te brengen?
Robert Full neemt een kijkje in het wonderlijke lichaam van de kakkerlak om te laten zien wat robotica ingenieurs hiervan kunnen leren.
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
Even nature's most disgusting creatures
0
930
2904
Zelfs de meest weerzinwekkende dieren
uit de natuur
uit de natuur
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
hebben waardevolle geheimen.
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
Maar wie wil nu dat er
een zwerm kakkerlakken op hem afkomt ?
een zwerm kakkerlakken op hem afkomt ?
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
Een van de grootste verschillen tussen
natuurlijke en menselijke technologie
natuurlijke en menselijke technologie
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
heeft met robuustheid te maken.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
Robuuste systemen zijn stabiel
in complexe en nieuwe omgevingen.
in complexe en nieuwe omgevingen.
00:29
and new environments.
7
17284
1721
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
Kakkerlakken kunnen zichzelf stabiliseren
als ze over ruw terrein rennen.
als ze over ruw terrein rennen.
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
Als we ze een jetpack omdoen,
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
of een trilling
zoals bij een aardbeving nabootsen,
zoals bij een aardbeving nabootsen,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
ontdekken we dat
hun wonderlijk afgestelde poten
hun wonderlijk afgestelde poten
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
zichzelf kunnen stabiliseren
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
zonder gebruik te maken van het brein.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Zij gaan over complex terrein zoals gras
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
en raken niet uit hun evenwicht.
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
We ontdekten nieuw gedrag
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
waarbij ze, vanwege hun vorm,
automatisch op hun zij rollen
automatisch op hun zij rollen
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
om door dit plukje kunstgras
heen te komen.
heen te komen.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
Robuuste systemen kunnen
verschillende taken uitvoeren
met dezelfde structuur.
met dezelfde structuur.
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
Dit is nieuw gedrag dat we ontdekt hebben.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
De dieren keren snel om en verdwijnen
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
in minder dan 150 milliseconden,
je ziet ze nooit.
je ziet ze nooit.
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
Hierbij maken ze gebruik van hun poten.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Ze kunnen ondersteboven rennen
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
heel snel, op stokken,
takken en draden.
takken en draden.
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
Als je aan zo'n tak schudt,
dan kunnen ze dit.
dan kunnen ze dit.
01:19
they can do this.
30
67087
1793
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Ze doen gymnastische bewegingen
zoals nog niet één robot dat kan.
zoals nog niet één robot dat kan.
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
Ze hebben een bijna onbeperkte
wendbaarheid met dezelfde structuur
wendbaarheid met dezelfde structuur
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
en ongekende toegang tot
allerlei verschillende gebieden.
allerlei verschillende gebieden.
01:33
of different areas.
36
81136
4270
Ze hebben vleugels om te vliegen
als ze het warm krijgen.
als ze het warm krijgen.
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
Ze gebruiken deze vleugels ook
om zich om te draaien
om zich om te draaien
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
als ze uit hun evenwicht zijn.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
Heel effectief.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
Robuuste systemen zijn ook
fouttolerant en betrouwbaar.
fouttolerant en betrouwbaar.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
Dit is de voet van een kakkerlak.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
Hij heeft doornen,
lijmzooltjes en klauwen.
lijmzooltjes en klauwen.
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
Als je deze voeten eraf zou halen,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
kunnen ze nog steeds over ruw terrein,
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
zoals je ziet bij de onderste video.
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
Bijna zonder vertraging.
Buitengewoon.
Buitengewoon.
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Ze kunnen over gaas rennen
zonder voeten.
zonder voeten.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
Hier is een dier die afwisselend
op drie poten loopt.
op drie poten loopt.
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
drie poten, drie poten...
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
Maar in de natuur hebben insecten
vaak hun poten verloren.
vaak hun poten verloren.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Hier beweegt er één
zonder de twee middelste poten.
zonder de twee middelste poten.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
Het kan zelfs drie poten verliezen
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
en een nieuw,
springend loopje aannemen.
springend loopje aannemen.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
Ik wijs jullie erop dat al deze video's
20 keer vertraagd zijn.
20 keer vertraagd zijn.
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
Ze zijn dus erg snel als je dit ziet.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Robuuste systemen
zijn ook schadebestendig.
zijn ook schadebestendig.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
Hier is een dier dat een muur opklimt.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Het ziet eruit als
een snelle, vloeiende, verticale klim.
een snelle, vloeiende, verticale klim.
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
Maar als je het vertraagt,
zie je iets heel anders.
zie je iets heel anders.
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
Dit is wat ze doen.
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
Ze hebben een bewuste, frontale botsing
met de muur.
met de muur.
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
Dus ze vertragen niet
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
en kunnen overschakelen
in 75 milliseconden.
in 75 milliseconden.
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
Deels kunnen ze dit doen omdat ze
buitengewone exoskeletten hebben.
buitengewone exoskeletten hebben.
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
Deze bestaan alleen maar
uit buigzame gewrichten.
uit buigzame gewrichten.
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
Dat zijn buizen en platen
die met elkaar verbonden zijn.
die met elkaar verbonden zijn.
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Hier is een ontleding
van een achterlijf van een kakkerlak.
van een achterlijf van een kakkerlak.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Je ziet deze platen
en je ziet het buigzame membraan.
en je ziet het buigzame membraan.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
Mijn technische collega van Berkeley
03:12
designed with his students
75
180766
1124
heeft met zijn studenten
een nieuwe techniek ontworpen,
een nieuwe techniek ontworpen,
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
waar je in principe de exoskelet vouwt,
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
het lasert en lamineert,
en het opvouwt tot een robot.
en het opvouwt tot een robot.
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
Je kunt dat nu doen in minder 15 minuten.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Deze robotten, genaamd DASH,
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
voor 'Dynamic Autonomous
Sprawled Hexapod',
Sprawled Hexapod',
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
zijn zeer flexibele robots.
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
en buitengewoon robuust
vanwege deze kenmerken.
vanwege deze kenmerken.
03:39
of these features.
85
207887
1803
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
Ze zijn ongelofelijk schadebestendig.
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(Gelach)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
Ze vertonen zelfs wat gedrag
van de kakkerlakken.
van de kakkerlakken.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
Dus ze kunnen
hun slimme, flexibele lichaam gebruiken
hun slimme, flexibele lichaam gebruiken
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
voor overschakeling naar een muur
op een simpele manier.
op een simpele manier.
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
Ze laten zelfs een begin zien
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
van snel inversiegedrag
waarbij ze verdwijnen.
waarbij ze verdwijnen.
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
We willen weten hoe ze
overal doorheen kunnen.
overal doorheen kunnen.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
We ontdekten dat ze door spleten
van drie millimeter kunnen,
van drie millimeter kunnen,
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
de hoogte van twee muntjes op elkaar.
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
Daarbij kunnen ze zelfs
door deze nauwe ruimtes heen rennen
door deze nauwe ruimtes heen rennen
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
met grote snelheden,
hoewel je dit nooit ziet.
hoewel je dit nooit ziet.
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
Om dit beter te begrijpen,
hebben we een CT scan gemaakt
hebben we een CT scan gemaakt
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
van het exoskelet,
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
om aan te tonen dat ze hun lichaam
met meer dan 40% kunnen comprimeren.
met meer dan 40% kunnen comprimeren.
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
We stopten ze in een materiaaltestmachine
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
om de stress- en spanningsanalyse
te beoordelen.
te beoordelen.
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
Die toonde aan dat ze krachten van 800 x
hun lichaamsgewicht kunnen weerstaan,
hun lichaamsgewicht kunnen weerstaan,
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
en daarna volkomen normaal
kunnen vliegen en rennen.
kunnen vliegen en rennen.
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Dus je weet nooit waar een onderzoek
uit curiositeit toe kan leiden,
uit curiositeit toe kan leiden,
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
en op een dag zou je willen
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
dat er een zwerm op kakkerlakken
geïnspireerde robotten op je afkomt.
geïnspireerde robotten op je afkomt.
04:50
to come at you.
117
278405
2414
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Gelach)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Dank u.
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(Applaus)
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