TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Robert Full: Sekrety najbardziej odrażających stworzeń inspirują robotyków
Filmed:
Readability: 4.7
1,286,255 views
Jak można nauczyć roboty by zachowywały równowagę na nierównych powierzchniach, chodziły do góry nogami, wykonywały w powietrzu gimnastyczne ewolucje i bezpiecznie zderzały się ze ścianami? Robert Full przygląda się niesamowitej budowie karaluchów, by zbadać, czego robotycy mogą się od nich nauczyć.
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
Nawet najbardziej odrażające
stworzenia w przyrodzie
stworzenia w przyrodzie
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
skrywają cenne tajemnice,
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
ale kto chciałby badać chmarę karaluchów?
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
Wytwory natury różnią się
od ludzkiej technologii
od ludzkiej technologii
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
głównie solidnością.
Solidne systemy są stabilne
w złożonych i nowych otoczeniach.
w złożonych i nowych otoczeniach.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
00:29
and new environments.
7
17284
1721
Mimo napotykanych przeszkód
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
karaluchy zachowują
zdumiewającą równowagę.
zdumiewającą równowagę.
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
Nawet zakładając im silnik
odrzutowy na plecy,
odrzutowy na plecy,
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
czy podczas symulacji trzęsienia ziemi,
zauważyliśmy,
zauważyliśmy,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
że ich niesamowicie zestrojone nogi
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
pozwalają im zachować równowagę,
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
nie angażując w to w ogóle
zasobów ich mózgu.
zasobów ich mózgu.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Utrzymują równowagę
nawet w złożonym otoczeniu, jak trawa.
nawet w złożonym otoczeniu, jak trawa.
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
Odkryliśmy, że ze względu
na kształt ich ciała,
na kształt ich ciała,
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
automatycznie przewracają się na bok,
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
by pokonać testowy odcinek
sztucznej trawy.
sztucznej trawy.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
Solidne systemy mogą wykonywać
wiele czynności
wiele czynności
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
używając pojedynczej struktury.
Odkryliśmy też następujące zachowanie.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
Zwierzę nagle odwraca się do góry nogami
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
i znika w mniej niż 150 milisekund,
używając struktur
używając struktur
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
używanych też do biegania - odnóży.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Potrafią bardzo szybko biegać
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
do góry nogami po prętach,
gałęziach i drutach,
gałęziach i drutach,
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
a jeśli poruszymy taką gałęzią,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
potrafią zrobić coś takiego.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Wykonują figury gimnastyczne
nieosiągalne dla współczesnych robotów.
nieosiągalne dla współczesnych robotów.
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
Ta sama struktura zapewnia im
niemal nieograniczoną zwrotność
niemal nieograniczoną zwrotność
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
i niesamowity dostęp
do różnorodnych obszarów.
do różnorodnych obszarów.
01:33
of different areas.
36
81136
4270
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
Mają skrzydła by latać
gdy jest im za ciepło,
gdy jest im za ciepło,
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
ale używają ich także, by się odwrócić,
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
gdy tracą równowagę.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
To bardzo skuteczne.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
Solidne systemy mają też
spory margines błędu.
spory margines błędu.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
To stopa karalucha.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
Ma kolce, lepkie poduszki i pazury,
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
ale nawet bez stóp
owady te pokonują nierówne tereny
owady te pokonują nierówne tereny
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
co pokazuje dolny materiał video,
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
prawie nie zwalniając. Niesamowite.
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Bez stóp poruszają się też po siatce.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
Oto naprzemienny chód
zdrowego sześcionoga:
zdrowego sześcionoga:
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
trzy nogi, trzy nogi, trzy nogi,
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
ale w naturze owady często tracą odnóża.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Oto jeden poruszający się
bez środkowej pary.
bez środkowej pary.
Mogą nawet stracić trzy nogi
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
i wtedy przemieszczają się, podskakując.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
Zaznaczam, że te ujęcia video
zostały spowolnione 20-krotnie.
zostały spowolnione 20-krotnie.
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
Normalnie poruszają się znacznie szybciej.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Solidne systemy są odporne na uszkodzenia.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
To owad wspinający się na ścianę.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Wygląda to jak nagłe,
płynne przejście do pionu,
płynne przejście do pionu,
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
ale na zwolnieniu
widać coś zupełnie innego.
widać coś zupełnie innego.
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
Oto, co karaluchy robią.
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
Celowo zderzają się centralnie ze ścianą,
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
by nie zwolnić i zacząć się wspinać
w 75 milisekund.
w 75 milisekund.
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
Mogą to robić między innymi
dzięki niesamowitym egzoszkieletom.
dzięki niesamowitym egzoszkieletom.
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
A są one złożone z elastycznych stawów
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
składających się z kombinacji
rurek i płytek.
rurek i płytek.
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Oto przekrój tułowia karalucha.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Widać płytki i elastyczną membranę.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
Mój znajomy z Uniwersytetu Berkeley
i jego studenci opracowali
i jego studenci opracowali
03:12
designed with his students
75
180766
1124
nową technikę produkcji
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
polegającą na stworzeniu
modelu origami egzoszkieletu
modelu origami egzoszkieletu
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
wycinanym laserowo, laminowanym
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
i składanym w postać robota.
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
Można to dzisiaj zrobić już w 15 minut.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Te roboty, zwane DASH
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
czyli Dynamiczne Autonomiczne
Składane Heksapody,
Składane Heksapody,
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
to bardzo elastyczne roboty,
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
które są niesłychanie solidne
dzięki swoim właściwościom.
dzięki swoim właściwościom.
03:39
of these features.
85
207887
1803
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
Z pewnością są bardzo odporne
na uszkodzenia.
na uszkodzenia.
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(Śmiech)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
Nawet zachowują się jak karaluchy.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
Dzięki zwinnemu i elastycznemu korpusowi
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
z łatwością wspinają się po ścianach.
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
Wygląda na to, że będą też mogły
nagle odwracać się do góry nogami
nagle odwracać się do góry nogami
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
i znikać.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
Nasze badania wykazały też,
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
że mogą przechodzić
przez 3-milimetrowe szpary,
przez 3-milimetrowe szpary,
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
wysokości dwóch złożonych
monet jednogroszowych,
monet jednogroszowych,
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
i gdy przechodzą
przez tak ciasne przestrzenie,
przez tak ciasne przestrzenie,
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
robią to bardzo szybko,
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
chociaż trudno to zauważyć.
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
By lepiej to zrozumieć,
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
przeprowadziliśmy tomografię egzoszkieletu
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
i okazało się że potrafią one
skurczyć swoje ciało o ponad 40 procent.
skurczyć swoje ciało o ponad 40 procent.
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
Przeprowadziliśmy na nich testy
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
by przyjrzeć się krzywej
naprężenia-odkształcenia
naprężenia-odkształcenia
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
które wykazały,
że wytrzymują one obciążenia
że wytrzymują one obciążenia
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
przekraczające ich wagę 800-krotnie,
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
po czym mogą latać i poruszać się
całkiem normalnie.
całkiem normalnie.
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
04:41
So you never know where
113
269875
1723
A więc nigdy nie wiadomo,
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
dokąd zaprowadzą nas badania
zainspirowane ciekawością
zainspirowane ciekawością
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
i może pewnego dnia
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
chmara robotów-karaluchów
okaże się bardzo mile widziana.
okaże się bardzo mile widziana.
04:50
to come at you.
117
278405
2414
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Śmiech)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Dziękuję.
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(Brawa)
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