TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Роберт Фулл: Секреты отвратительнейших созданий природы, воплощённые в роботах
Filmed:
Readability: 4.7
1,286,255 views
Как научить роботов держать равновесие на ухабистой местности, ходить вверх ногами, совершать гимнастические манёвры в воздухе и ударяться о стену без последствий для себя? Роберт Фулл рассматривает удивительные тела тараканов, чтобы показать, чему они могут научить инженеров-роботехников.
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
Даже у самых отвратительных существ,
созданных природой,
созданных природой,
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
есть важные тайны,
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
но кого обрадует стая тараканов,
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
движущаяся навстречу?
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
Одним из величайших отличий
между природными
и человеческими изобретениями
и человеческими изобретениями
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
является выносливость.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
Устойчивые системы стабильны
00:29
and new environments.
7
17284
1721
в сложных и новых условиях.
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
Удивительно, но тараканы способны
самостоятельно стабилизироваться
самостоятельно стабилизироваться
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
во время бега по неровной дороге.
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
Если поместить на них реактивный ранец
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
или создать тряску,
как при землетрясении,
как при землетрясении,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
их превосходно подстраивающиеся ноги
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
позволят им само-стабилизироваться
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
без задействования мозга.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Они могут преодолевать
такую труднопроходимую местность
как трава,
как трава,
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
не теряя равновесия.
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
Мы обнаружили новое поведение,
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
когда, из-за своей формы,
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
они автоматически кренятся на бок,
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
чтобы пройти через этот
искусственный пучок травы.
искусственный пучок травы.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
Надёжные системы могут выполнять
множество задач,
множество задач,
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
сохраняя ту же структуру.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
Вот другое обнаруженное нами поведение:
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
насекомые опрокидываются и исчезают
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
менее чем за 150 миллисекунд —
их не заметить, —
их не заметить, —
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
используя те же инструменты,
что при беге — ноги.
что при беге — ноги.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Они могут бежать вверх ногами
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
очень быстро по прутьям,
веткам и проводам,
веткам и проводам,
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
и если потрясти такую ветку,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
вот что они могут.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Такие гимнастические манёвры
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
роботы повторить пока не в состоянии.
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
У них почти безграничная манёвренность
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
при сохранении той же структуры
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
и небывалый доступ к целому ряду
01:33
of different areas.
36
81136
4270
разнообразных видов поверхностей.
01:37
They have wings for flying when they get warm,
37
85406
2623
У них есть крылья, чтобы летать,
когда становится жарко,
когда становится жарко,
01:40
but they use those same wings to flip over
38
88029
2614
но с их же помощью они встают на ноги,
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
если перевернулись.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
Очень действенно.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
Надёжные системы также
безотказны и безопасны.
безотказны и безопасны.
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
Это нога таракана.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
На ней есть шипы,
липкие подушечки и клешни.
липкие подушечки и клешни.
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
Но если отнять ноги,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
тараканы всё равно смогут преодолевать
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
ухабистые местности, как на видео ниже,
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
едва ли замедляясь. Удивительно.
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Они могут подниматься без ног по сетке.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
Вот обычный бег шестиногого насекомого:
02:09
three legs, three legs, three legs,
50
117554
1543
три ноги, три ноги, три ноги,
02:11
but in nature, the insects often have lost their legs.
51
119097
3692
но в природе насекомые
часто теряют конечности.
часто теряют конечности.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Вот насекомое без двух средних ног.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
Даже трёх ног может не быть,
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
и тогда насекомое вырабатывает
новую скачкообразную походку.
новую скачкообразную походку.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
Хочу заметить, что все эти видео
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
замедлены в 20 раз.
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
В реальности они очень быстрые.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Надёжные системы
также устойчивы к повреждениям.
также устойчивы к повреждениям.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
Вот животное поднимается по стене.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Выглядит как быстрое плавное
вертикальное восхождение,
вертикальное восхождение,
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
но если замедлить видео,
можно увидеть совсем другую картину.
можно увидеть совсем другую картину.
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
Вот что они делают:
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
они намеренно врезаются головой в стену,
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
чтобы, не замедляясь, взобраться на неё,
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
и делают это за 75 миллисекунд.
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
Они это могут отчасти потому,
что у них исключительный экзоскелет.
что у них исключительный экзоскелет.
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
Он состоит из податливых сочленений,
трубок и пластинок,
трубок и пластинок,
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
соединённых друг с другом.
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Вот препарирование брюшка таракана.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Видите эти пластины
и податливую мембрану.
и податливую мембрану.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
Мой коллега-инженер в Беркли
03:12
designed with his students
75
180766
1124
разработал со студентами
новую методику сборки роботов,
новую методику сборки роботов,
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
когда, по сути, собираешь
экзоскелет как оригами:
экзоскелет как оригами:
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
режешь лазером, расслаиваешь
и собираешь его в робота.
и собираешь его в робота.
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
Сейчас это можно сделать
менее чем за 15 минут.
менее чем за 15 минут.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Эти роботы называются DASH —
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
Динамический Автономный
Растянутый Гексапод,
Растянутый Гексапод,
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
и они очень податливые,
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
потому и удивительно прочные.
03:39
of these features.
85
207887
1803
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
Они определённо крайне устойчивы
к повреждениям.
к повреждениям.
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(Смех)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
В чём-то даже схожи
по поведению с тараканами.
по поведению с тараканами.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
Они могут использовать
своё умное податливое тело,
своё умное податливое тело,
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
чтобы весьма простым способом
взобраться на стену.
взобраться на стену.
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
У них даже есть задатки
быстрого опрокидывания,
быстрого опрокидывания,
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
при котором они исчезают.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
Но зачем им такая проходимость?
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
Мы узнали, что они могут пройти
через трёхмиллиметровые щели —
через трёхмиллиметровые щели —
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
это высота двух пенни,
двух сложенных пенни, —
двух сложенных пенни, —
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
при этом проходя
сквозь эти ограниченные пространства
сквозь эти ограниченные пространства
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
с большой скоростью,
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
хотя этого никогда не видишь.
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
Чтобы лучше это понять,
мы сделали компьютерную томографию
их экзоскелета
их экзоскелета
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
и показали, что они выдерживают
сжатие тела более чем на 40%.
сжатие тела более чем на 40%.
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
Мы поместили их в машину
для испытания материалов,
для испытания материалов,
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
чтобы увидеть результаты
теста на сжатие и растяжение,
теста на сжатие и растяжение,
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
и обнаружили,
что они могут выдерживать силу,
что они могут выдерживать силу,
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
в 800 раз превышающую их вес,
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
и после этого могут летать и бегать
как ни в чем не бывало.
как ни в чем не бывало.
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Так что никогда не знаешь,
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
куда приведёт исследование
из любопытства,
из любопытства,
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
и, может, когда-нибудь вы захотите,
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
чтобы стая тараканоподобных роботов
пришла к вам.
пришла к вам.
04:50
to come at you.
117
278405
2414
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Смех) (Аплодисменты)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Спасибо.
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(Аплодисменты)
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