TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Robert Full: Os segredos das criaturas mais grosseiras da Natureza, adaptados a robôs
Filmed:
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Como é que os robôs se conseguem estabilizar em terrenos acidentados, andar de pernas para o ar, fazer manobras de ginástica no ar e correr contra paredes sem se danificarem?
Robert Full faz uma análise do incrível corpo da barata para mostrar o que pode ensinar aos 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
Até as criaturas mais
repelentes da Natureza
repelentes da Natureza
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
têm segredos importantes,
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
mas quem gostaria de
um bando de baratas
um bando de baratas
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
a vir na sua direcção?
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
Uma das maiores diferenças
entre a tecnologia natural e a humana
entre a tecnologia natural e a humana
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
tem a ver com a robustez.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
Os sistemas robustos são estáveis
em ambientes complexos e novos.
00:29
and new environments.
7
17284
1721
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
As baratas podem auto-estabilizar-se
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
ao correrem em terreno acidentado.
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
Se lhes atirarmos um jacto
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
ou se forem perturbadas
como por um terramoto,
como por um terramoto,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
descobrimos que as suas pernas
maravilhosamente afinadas
maravilhosamente afinadas
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
lhes permitem auto-estabilizar-se
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
sem usarem qualquer processo cerebral.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Podem deslocar-se sobre terreno
complexo como a relva,
complexo como a relva,
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
sem problemas e sem perderem
estabilidade.
estabilidade.
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
Descobrimos um novo comportamento
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
em que, devido à sua forma,
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
rolam automaticamente sobre o lado
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
para atravessarem este teste
de relva artificial.
de relva artificial.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
Os sistemas robustos podem
desempenhar múltiplas tarefas
desempenhar múltiplas tarefas
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
com a mesma estrutura.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
Eis um novo comportamento
que descobrimos.
que descobrimos.
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
Os animais rapidamente
se invertem e desaparecem
se invertem e desaparecem
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
em menos de 150 milissegundos
— nunca os vemos —
— nunca os vemos —
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
usando a mesma estrutura que usam
para correr, as suas pernas.
para correr, as suas pernas.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Podem correr de pernas para o ar
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
muito depressa, em hastes, ramos e fios
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
e, se agitarmos um desses ramos,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
elas conseguem fazer isto.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Conseguem fazer
movimentos de ginástica
movimentos de ginástica
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
que nenhum robô actual consegue.
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
E têm uma manobrabilidade
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
quase ilimitada com a mesma estrutura
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
e um acesso sem precedentes
a uma variedade de diferentes áreas.
01:33
of different areas.
36
81136
4270
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
Têm asas para voar quando aquecem,
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
mas usam essas mesmas
asas para se virarem
asas para se virarem
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
se perderem estabilidade.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
Muito eficiente.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
Os sistemas robustos também têm tolerância
a falhas e proteções de segurança.
a falhas e proteções de segurança.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
Isto é o pé de uma barata.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
Tem espinhos, apoios pegajosos e garras,
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
mas se tirarmos esses pés,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
ainda conseguem andar
em terreno acidentado,
em terreno acidentado,
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
como vêem no vídeo em baixo,
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
sem quase abrandarem.
Extraordinário!
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Podem subir uma rede sem os pés.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
Eis um animal que usa
um tripé normal, alternado:
um tripé normal, alternado:
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
três pernas, três pernas, três pernas,
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
mas na Natureza, os insectos perdem
com frequência as suas pernas.
com frequência as suas pernas.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Aqui está um a mover-se
sem as duas pernas do meio.
sem as duas pernas do meio.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
Pode até perder três pernas, num tripé,
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
e adoptar uma nova marcha,
uma marcha saltitante.
uma marcha saltitante.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
E saliento que todos estes vídeos
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
estão 20 vezes mais lentos,
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
por isso são realmente rápidos,
quando os vemos.
quando os vemos.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Os sistemas robustos são também
resistentes a estragos.
resistentes a estragos.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
Eis um animal a subir uma parede.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Parece uma subida vertical rápida e suave,
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
mas se o virmos mais lento,
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
vemos algo muito diferente.
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
Aqui está o que eles fazem.
Têm uma colisão frontal
intencional com a parede
intencional com a parede
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
para não abrandarem e
podem transpor a parede
podem transpor a parede
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 conseguem fazer isto em parte
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
porque têm exoequeletos extraordinários.
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
E são apenas feitos
de articulações adaptadas
de articulações adaptadas
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
que são tubos e placas
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
ligadas entre si.
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Eis a dissecação do abdómen
de uma barata.
de uma barata.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Podem ver estas placas
e a membrana adjacente.
e a membrana adjacente.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
O meu colega de engenharia em Berkeley
03:12
designed with his students
75
180766
1124
desenhou com os seus estudantes
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
uma nova técnica de fabrico
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
em que essencialmente se constrói
o exoesqueleto como origami,
o exoesqueleto como origami,
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
corta-se com "laser", lamina-se
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
e dobra-se para obter um robô.
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
E podem fazê-lo em menos de 15 minutos.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Estes robôs, designados por DASH
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
— Hexápodes Articulados
Autónomos e Dinâmicos —
Autónomos e Dinâmicos —
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
são robôs muito adaptáveis,
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
e são notavelmente robustos
03:39
of these features.
85
207887
1803
como resultado destas características.
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
São decerto incrivelmente
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
E têm alguns dos comportamentos
das baratas.
das baratas.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
De modo que podem usar os seus corpos
inteligentes e adaptáveis
inteligentes e adaptáveis
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
para ultrapassar uma parede
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
de um modo muito simples.
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
Têm até alguns indícios
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
do comportamento de inversão rápida
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
em que desaparecem.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
Queremos saber porque
conseguem ir a todo o lado.
conseguem ir a todo o lado.
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
Descobrimos que podem atravessar
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
ranhuras de 3 milímetros,
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
com a altura de duas moedas empilhadas,
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
e quando o fazem,
podem correr através
destes espaços reduzidos
destes espaços reduzidos
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
a altas velocidades,
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
embora nunca se vejam.
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
Para percebemos melhor,
fizemos uma TAC do exoesqueleto
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
que mostrou que conseguem
comprimir o corpo
comprimir o corpo
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
em cerca de 40 por cento.
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
Colocámo-los em máquinas
de testar materiais
de testar materiais
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
para ver a análise de tensões
e deformações
e deformações
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
que mostrou que podem suportar forças
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
800 vezes o peso do seu corpo,
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
e conseguem depois voar e correr
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
de modo absolutamente normal.
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Nunca sabemos onde
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
nos levará a pesquisa
movida por curiosidade,
movida por curiosidade,
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
(Gritos)
e um dia poderemos
querer que um enxame
querer que um enxame
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
de robôs inspirados em baratas
04:50
to come at you.
117
278405
2414
venha ter connosco.
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Risos)
(Aplausos)
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