TED2014
Robert Full: The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
Роберт Фул: Таємниця найнетямущіших створінь природи, перетворених на роботів
Filmed:
Readability: 4.7
1,286,255 views
Як роботи можуть навчитися стабілізувати себе на пересіченій місцевості, ходити догори дригом, робити гімнастичні маневри в повітрі та вбігати на стіни без ушкодження самих себе? Роберт Фул розглядає дивовижне тіло таргана, щоб продемонструвати, що воно може дати робототехнікам.
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
Навіть найбільш огидні створіння природи
00:15
have important secrets,
1
3834
2567
мають важливі секрети,
00:18
but who would want a swarm of cockroaches
2
6401
1489
але хто захоче, щоби рій тарганів
00:19
coming towards them?
3
7890
1594
завітав до нього?
00:21
Yet one of the greatest differences
between natural and human technologies
between natural and human technologies
4
9484
3012
Одна з великих розбіжностей між природою
та людськими технологіями
та людськими технологіями
00:24
relates to robustness.
5
12496
2215
полягає в надійності.
00:26
Robust systems are stable in complex
6
14711
2573
Надійні системи - стабільні у важких
00:29
and new environments.
7
17284
1721
та змінних обставинах.
00:31
Remarkably, cockroaches can self-stabilize
8
19005
1795
Дивовижно, таргани самостабілізуються,
00:32
running over rough terrain.
9
20800
1679
коли біжать нерівною поверхнею.
00:34
When we put a jet pack on them,
10
22479
1262
Коли ми ставили на них реактивний рюкзак
00:35
or give them a perturbation like an earthquake,
11
23741
2011
чи заважали їм, вдаючи землетрус,
00:37
we discovered that their wonderfully tuned legs
12
25752
2891
ми виявили. що їх зразково настроєні ноги
00:40
allow them to self-stabilize
13
28643
1625
дозволяють їм стабілізуватись
00:42
without using any of their brainpower.
14
30268
3662
без використання будь-якої мозкової
активності.
активності.
00:45
They can go over complex terrain like grass,
15
33930
3130
Вони можуть пересуватись складними
поверхнями, такими як трава,
поверхнями, такими як трава,
00:49
no problem, and not get destabilized.
16
37060
1952
без труднощів і ускладнення стабілізації.
00:51
We discovered a new behavior where,
17
39012
1514
Ми виявили нову поведінку, коли,
00:52
because of their shape,
18
40526
1164
завдяки своїй формі,
00:53
they actually roll automatically to their side
19
41690
2078
вони мимоволі перекочувались на бік,
00:55
to go through this artificial test bit of grass.
20
43768
3952
щоб пройти крізь цей штучний бар'єр
із трави.
із трави.
00:59
Robust systems can perform multiple tasks
21
47720
2437
Надійні системі можуть виконувати декілька
задач,
задач,
01:02
with the same structure.
22
50157
2138
використовуючи однакові конструкції.
Ось нова поведінка, яку ми дослідили.
01:04
Here's a new behavior we've discovered.
23
52295
1867
01:06
The animals rapidly invert and disappear
24
54162
1846
Тварина швидко перевертається та зникає
01:08
in less than 150 milliseconds — you never see them —
25
56008
2501
менш, ніж за 150 мілісекунд - ви ніколи їх не побачите -
01:10
using the same structures that
they use to run, their legs.
they use to run, their legs.
26
58509
2363
використовуючи такі ж конструкції, як і
для бігу - їхні ноги.
для бігу - їхні ноги.
01:12
They can run upside down
27
60872
1604
Вони можуть бігти догори дригом
01:14
very rapidly on rods, branches and wires,
28
62476
3132
дуже швидко по лозі, гілці і проводу,
01:17
and if you perturb one of those branches,
29
65608
1479
і якщо ви розгойдаєте гілку,
01:19
they can do this.
30
67087
1793
вони зроблять це саме.
01:20
They can perform gymnastic maneuvers
31
68880
1530
Вони можуть виконувати гімнастичні
маневри,
маневри,
01:22
like no robot we have yet.
32
70410
2578
які не виконає жоден робот.
01:24
And they have nearly unlimited
33
72988
1731
І вони мають майже необмежену
01:26
maneuverability with that same structure
34
74719
2597
рухливість за допомоги однієї конструкції
01:29
and unprecedented access to a variety
35
77316
3820
і безпрецедентний доступ
01:33
of different areas.
36
81136
4270
до безлічі різних областей.
Вони мають крила, щоб літати, коли
їм тепло,
їм тепло,
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
але вони використовують ті самі крила,
щоб перевернутись,
щоб перевернутись,
01:42
if they get destabilized.
39
90643
3957
коли вони дестабілізовані.
01:46
Very effective.
40
94600
1297
Дуже ефективно.
Надійні системи здатні працювати
при помилках та безпечні при аваріях.
при помилках та безпечні при аваріях.
01:47
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe.
41
95897
3205
01:51
This is the foot of a cockroach.
42
99102
1140
Це - нога таргана.
01:52
It has spines, gluey pads and claws,
43
100242
3289
Вона складається з шипів, липких пластин
та клешнів,
та клешнів,
01:55
but if you take off those feet,
44
103531
1591
але якщо ви відірвете ці ноги,
01:57
they can still go over rough terrain,
45
105122
1708
вони зможуть пересуватись поверхнею,
01:58
like the bottom video that you see,
46
106830
1897
як на відео знизу,
02:00
without hardly slowing down. Extraordinary.
47
108727
3371
без значного сповільнення. Надзвичайно.
02:04
They can run up mesh without their feet.
48
112098
3173
Вони можуть бігти сіткою без своїх ніг.
02:07
Here's an animal using a normal, alternating tripod:
49
115271
2283
Ось тварина використовує звичайну змінну триногу:
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
але в дійсності комахи часто гублять
свої ноги.
свої ноги.
02:14
Here's one moving with two middle legs gone.
52
122789
4010
Ось одна рухається без двох середніх ніг.
02:18
It can even lose three legs, in a tripod,
53
126799
2916
Вона може втратити три ноги, в тринозі,
02:21
and adopt a new gait, a hopping gait.
54
129715
3927
та адаптувати нову ходу, стрибаючу.
02:25
And I point out that all of these videos
55
133642
1958
І я зазначу, що всі ці відео
02:27
are slowed down 20 times,
56
135600
1704
сповільнені в 20 разів,
02:29
so they're actually really fast, when you see this.
57
137304
2015
в дійсності вони швидші, коли ви це побачите.
02:31
Robust systems are also damage resistant.
58
139319
3511
Надійні системи також витримують пошкодження.
02:34
Here's an animal climbing up a wall.
59
142830
1813
Ось тварина піднімається по стіні.
02:36
It looks like a rapid, smooth, vertical climb,
60
144643
2496
Виглядає як швидке, плавне, вертикальне сходження,
02:39
but when you slow it down,
61
147139
1239
але коли ви сповільните це,
02:40
you see something very different.
62
148378
2494
ви побачите дещо інше.
02:42
Here's what they do.
63
150872
1648
Ось що трапляється.
02:44
They intentionally have a
head-on collision with the wall
head-on collision with the wall
64
152520
3007
Вони цілеспрямовано мають зіткнення
головою зі стіною:
головою зі стіною:
так вони не сповільнюються і можуть перейти
вгору
вгору
02:47
so they don't slow down and can transition up it
65
155527
2114
02:49
in 75 milliseconds.
66
157641
2398
за 75 мілісекунд.
02:52
And they can do this in part because they have
67
160039
1861
Частково вони можуть робити таке
завдяки своєму
завдяки своєму
02:53
extraordinary exoskeletons.
68
161900
2057
дивовижному скелету.
02:55
And they're really just made up of compliant joints
69
163957
3809
Вони складаються з еластичних вузлів,
02:59
that are tubes and plates
70
167766
1733
що являють собою труби та пластини,
03:01
connected to one another.
71
169499
1543
з'єднані разом.
03:03
Here's a dissection of an abdomen of a cockroach.
72
171042
2947
Ось розріз черевця таргана.
03:05
You see these plates, and you
see the compliant membrane.
see the compliant membrane.
73
173989
3961
Ви бачите ці пластини та еластичні мембрани.
03:09
My engineering colleague at Berkeley
74
177950
2816
Мій колега - інженер з Берклі -
03:12
designed with his students
75
180766
1124
разом зі своїми студентами розробив
03:13
a novel manufacturing technique
76
181890
1481
сучасну технологію виробництва,
03:15
where you essentially origami the exoskeleton,
77
183371
3611
яка дозволяє скласти скелет як орігамі.
03:18
you laser cut it, laminate it,
78
186982
1360
Ви вирізаєте лазером, ламінуєте,
03:20
and you fold it up into a robot.
79
188342
2395
а потім згинаєте, щоб отримати робота.
03:22
And you can do that now in less than 15 minutes.
80
190737
5817
І ви можете зробити це менше, аніж за 15 хвилин.
03:28
These robots, called DASH,
81
196554
1939
Ці роботи називаються DASH,
03:30
for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod,
82
198493
2610
абревіатура від Динамічний Автономний
повзучий гексапод,
повзучий гексапод,
03:33
are highly compliant robots,
83
201103
3082
це дуже еластичні роботи,
03:36
and they're remarkably robust as a result
84
204185
3702
до того ж дуже надійні, завдяки
03:39
of these features.
85
207887
1803
своїм особливостям.
03:41
They're certainly incredibly damage resistant.
86
209690
6058
Вони, в дійсності, незвичайно захищені від
пошкоджень.
пошкоджень.
03:47
(Laughter)
87
215748
3353
(Сміх)
03:51
They even have some of the
behaviors of the cockroaches.
behaviors of the cockroaches.
88
219101
2469
Вони навіть мають деякі властивості тарганів.
03:53
So they can use their smart, compliant body
89
221570
2273
Так, вони можуть використовувати своє
розумне еластичне тіло
розумне еластичне тіло
03:55
to transition up a wall
90
223843
2517
для переходу на стіну
03:58
in a very simple way.
91
226360
2892
дуже просто.
04:01
They even have some of the beginnings
92
229252
1628
Вони навіть мають деякі зачатки
04:02
of the rapid inversion behavior
93
230880
1319
04:04
where they disappear.
94
232199
2844
поведінки з швидкою інверсією,
коли вони зникають.
04:07
Now we want to know why they can go anywhere.
95
235043
1477
Тепер ми хочемо знати, чому вони можуть
пройти всюди.
пройти всюди.
04:08
We discovered that they can go through
96
236520
1569
Ми дослідили, що вони можуть проходити
04:10
three-millimeter gaps,
97
238089
1788
через трьохміліметрову шпарину.
04:11
the height of two pennies, two stacked pennies,
98
239877
2361
висотою в дві копійки, одна на одній,
04:14
and when they do this,
99
242238
1048
і коли вони роблять це,
04:15
they can actually run through those confined spaces
100
243286
2575
вони можуть пробігти через цей завужений
простір
простір
04:17
at high speeds,
101
245861
1757
на великій швидкості.
04:19
although you never see it.
102
247618
3182
Хоча ви ніколи цього не побачите.
04:22
To understand it better,
103
250800
1062
Щоб краще це зрозуміти,
04:23
we did a CT scan of the exoskeleton
104
251862
2078
ми зробили сканування скелета,
04:25
and showed that they can compress their body
105
253940
1474
і показали, що вони можуть стискати своє тіло
04:27
by over 40 percent.
106
255414
2646
більш, ніж на 40 відсотків.
04:30
We put them in a materials testing machine
107
258060
1557
Ми поклали їх у автомат з тестування
матеріалів,
матеріалів,
04:31
to look at the stress strain analysis
108
259617
2356
щоб дослідити силу тиску,
04:33
and showed that they can withstand forces
109
261973
2118
і продемонстрували, що вони можуть
витримати силу
витримати силу
04:36
800 times their body weight,
110
264091
1904
в 800 разів більшу, аніж їх власна вага,
04:37
and after this they can fly and run
111
265995
1890
а після цього вони можуть літати та бігати
04:39
absolutely normally.
112
267885
1990
цілком нормально.
04:41
So you never know where
113
269875
1723
Ви ніколи не знаєте,
04:43
curiosity-based research will lead,
114
271598
3074
куди вас можуть привести дослідження.
04:46
and someday you may want a swarm
115
274672
1539
І одного дня ви захочете, щоб рій
04:48
of cockroach-inspired robots
116
276211
2194
роботів на кшталт тарганів
04:50
to come at you.
117
278405
2414
завітав до вас.
04:52
(Laughter)
118
280819
7121
(Сміх)
04:59
Thank you.
119
287940
1557
Дякую
05:01
(Applause)
120
289497
1286
(Оплески)
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