TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Robert Full: O segredo das criaturas mais nojentas da natureza, canalizado em robôs
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Como robôs podem aprender a se estabilizar em terreno acidentado, caminhar de cabeça para baixo, realizar manobras de ginástica no ar e colidir com paredes sem se machucar? Robert Full dá uma olhada no incrível corpo das baratas para mostrar o que ele pode ensinar a engenheiros de robótica.
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
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00:12
Even nature's most disgusting creatures
0
930
2904
Mesmo as criaturas
mais nojentas da natureza
mais nojentas da natureza
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
têm segredos importantes,
mas quem gostaria
de ter um enxame de baratas
de ter um enxame de baratas
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
vindo em sua direção?
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
Mesmo assim uma das maiores diferenças
entre tecnologia natural e humana
entre tecnologia natural e humana
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
está relacionada à robustez.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
Sistemas robustos são estáveis
em ambientes complexos e desconhecidos.
00:29
and new environments.
7
17284
1721
Notavelmente, baratas podem se estabilizar
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
andando em terreno acidentado.
Quando colocamos um jet pack nelas,
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
um introduzimos uma perturbação
como um terremoto,
como um terremoto,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
descobrimos que suas patas
altamente adpatadas
altamente adpatadas
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
lhes permitem se estabilizar
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
sem precisar de qualquer poder cerebral.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Elas conseguem passar
por terrenos complexos como grama,
por terrenos complexos como grama,
sem problemas, e não se desestabilizar.
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
Descobrimos um novo comportamento,
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
pelo seu formato,
na verdade elas rolam
automaticamente para o lado
automaticamente para o lado
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
para passar por este pedaço
de teste de grama artificial.
de teste de grama artificial.
Sistemas robustos conseguem
desempenhar múltiplas tarefas
desempenhar múltiplas tarefas
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
com a mesma estrutura.
Este é outro comportamento
que descobrimos.
que descobrimos.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
Os animais rapidamente
se viram e desaparecem
se viram e desaparecem
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
em menos de 150 milissegundos
-- nunca as vemos --
-- nunca as vemos --
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
usando as mesmas estruturas
que usam para correr, suas patas.
que usam para correr, suas patas.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Correm de cabeça para baixo
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
rapidamente em bastões, galhos e fios,
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
e se você balançar algum desses galhos,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
elas podem fazer isto.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Podem realizar manobras de ginástica
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
como nenhum robô que já temos.
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
E têm quase manobrabilidade
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
ilimitada com essa mesma estrutura
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
e acesso sem precedente a uma variedade
01:33
of different areas.
36
81136
4270
de áreas diferentes.
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
Elas têm asas para voar
quando ficam com calor,
quando ficam com calor,
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
mas podem usar
essas mesmas asas para se virar
essas mesmas asas para se virar
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
se se desestabilizarem.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
Muito eficiente.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
Sistemas robustos são também
tolerantes a erros e à prova de falhas.
tolerantes a erros e à prova de falhas.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
Esta é a pata de uma barata.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
Tem espinhos, solas pegajosas e garras,
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
mas se você tirar essas patas,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
elas ainda passam por terreno acidentado,
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
como se vê no vídeo de baixo,
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
Quase sem desacelerar. Extraordinário.
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Elas conseguem subir
por uma malha sem as patas.
por uma malha sem as patas.
Este é um animal usando
um tripé normal alternado:
um tripé normal alternado:
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
três patas, três patas, três patas,
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
Mas na natureza, os insetos
normalmente já perderam as patas.
normalmente já perderam as patas.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Este está se movendo
sem as duas patas do meio.
sem as duas patas do meio.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
Pode até mesmo perder
três patas em um tripé,
três patas em um tripé,
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
e adotar uma nova marcha,
uma marcha em saltos.
uma marcha em saltos.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
E eu saliento que todos esses vídeos
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
estão desacelerados 20 vezes,
elas são, na verdade,
bem rápidas, quando observamos.
bem rápidas, quando observamos.
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Sistemas robustos também
são resistentes a danos.
são resistentes a danos.
Este é um animal subindo por uma parede.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Parece ser uma subida
vertical rapida e suave,
vertical rapida e suave,
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
Mas se desacelerarmos,
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
vemos algo bem diferente.
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
Eis o que eles fazem.
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
Eles colidem a cabeça
na parede de propósito
na parede de propósito
para que não desacelerem
e possam subir
e possam subir
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
em 75 milissegundos.
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
E podem fazer isso em parte porque têm
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
exoesqueletos extraordinários.
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
E são mesmo feitos de juntas complacentes
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
que são tubos e placas
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
conectados uns aos outros.
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Eis a dissecação do abdômen de uma barata.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Vemos estas placas, e vemos
a membrana complacente.
a membrana complacente.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
Meu colega engenheiro em Berkeley
projetou com seus alunos
03:12
designed with his students
75
180766
1124
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
uma nova técnica de fabricação
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
onde essencialmente cria-se
o esqueleto como origami,
o esqueleto como origami,
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
cortamos com laser, laminamos,
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
e o dobramos em um robô.
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
E agora dá para fazer isso
em menos de 15 minutos.
em menos de 15 minutos.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Esse robôs, chamados de DASH,
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
para [Hexápode Espalhado
Autônomo Dinâmico]
Autônomo Dinâmico]
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
são robôs altamente complacentes,
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
e são notavelmente robustos devido
03:39
of these features.
85
207887
1803
a essas características.
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
São certamente altamente
resistentes a danos
resistentes a danos
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(Risos)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
Eles até têm alguns
comportamentos das baratas.
comportamentos das baratas.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
E podem usar seu corpo
inteligente e complacente
inteligente e complacente
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
para transitar parede acima
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
de uma maneira bem simples.
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
Eles até têm um pouco do começo
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
do comportamento de inversão rápida
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
pelo qual eles desaparecem.
Agora queremos saber por que
podem ir a qualquer lugar.
podem ir a qualquer lugar.
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
Descobrimos que podem passar
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
por lacunas de três milímetros,
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
da altura de duas moedas,
duas moedas empilhadas,
duas moedas empilhadas,
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
E quando fazem isso,
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
elas podem passar
por esses espaços confinados
por esses espaços confinados
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
a altas velocidades,
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
apesar de nunca vermos isso.
Para melhor entendê-las,
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
nós fizemos uma TC do exoesqueleto
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
e mostramos que podem
comprimir seus corpos
comprimir seus corpos
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
em até 40%.
Nós as colocamos numa máquina
de testes de materiais
de testes de materiais
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
para observar o ensaio de tração
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
e mostramos que podem suportar forças
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
800 vezes maiores que seu peso,
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
e depois disso conseguem voar e correr
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
absolutamente sem problemas.
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Então não dá para saber
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
aonde a pesquisa
por curiosidade vai chegar.
por curiosidade vai chegar.
e algum dia talvez vocês
queiram que um enxame
queiram que um enxame
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
de robôs inspirados em baratas
04:50
to come at you.
117
278405
2414
venha em sua direção.
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Risos)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Obrigado.
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(Aplausos)
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