Lad mig dele en original opdagelse med jer i dag. Men jeg vil fortælle det på den måde det faktisk skete. Og ikke på den måde jeg præsenter det på et videnskabeligt møde, eller den måde I læser om det i videnskabelige artikler. Det er en historie der går videre end bioefterligning til noget jeg kalder biogensidighed. Jeg definerer det som en sammenhæng mellem biologi og en anden disciplin. Hvor hver disciplin gensidigt fremmer den anden, men hvor de samlede opdagelser der viser sig er overlegen noget enkelt speciale. Nuvel, angående bioefterligning, når menneskets teknologier får flere af naturens karakteristika, bliver naturen en meget mere brugbar lærer. Biologien kan inspirere til at lave maskiner ved at tage principper og analogier i brug når de er fordelagtige. Men at integrere det med de bedste menneskeskabte ting, men ultimativt at skabe noget, der faktisk er bedre end naturen.
Let me share with you today an original discovery. But I want to tell it to you the way it really happened -- not the way I present it in a scientific meeting, or the way you'd read it in a scientific paper. It's a story about beyond biomimetics, to something I'm calling biomutualism. I define that as an association between biology and another discipline, where each discipline reciprocally advances the other, but where the collective discoveries that emerge are beyond any single field. Now, in terms of biomimetics, as human technologies take on more of the characteristics of nature, nature becomes a much more useful teacher. Engineering can be inspired by biology by using its principles and analogies when they're advantageous, but then integrating that with the best human engineering, ultimately to make something actually better than nature.
Da jeg er biolog, var jeg meget nysgerrig om dette. Dette er gekkoens tæer. Og vi undrede os over hvordan de bruger disse bizarre tæer til at klatre så hurtigt op af en væg. Vi fandt ud af det. Og det vi fandt var, at de havde blad-lignende strukturer på deres tæer, med millioner af bitte små hår, der ligner et tæppe. Og hvert af disse hår har den værste type splittet hår man kan tænke sig, omkring 100 til 1000 opdelinger af hvert hår, som er i nano-størrelse. Og hvert individ har 2 milliarder af disse opdelte hår i nano-størrelse De klæber ikke som velcro, sugning eller lim. De klæber faktisk med inter-molekylære kræfter alene. van der Waals kræfter. Og jeg er meget glad at kunne fortælle jer i dag, at den første syntetiske selvrensende, tørre klæbemiddel er blevet lavet. Fra den simpleste form i naturen, en gren deraf, mine ingeniør-samarbejdspart, Ron Fearing fra Berkely, har lavet den første syntetiske version. Og det har min anden utrolige samarbejdspartner også, Mark Cutkosky fra Standford. Han lavede langt større hår end gekkoens, men brugte de samme generelle principper.
Now, being a biologist, I was very curious about this. These are gecko toes. And we wondered how they use these bizarre toes to climb up a wall so quickly. We discovered it. And what we found was that they have leaf-like structures on their toes, with millions of tiny hairs that look like a rug, and each of those hairs has the worst case of split-ends possible: about 100 to 1000 split ends that are nano-size. And the individual has 2 billion of these nano-size split ends. They don't stick by Velcro or suction or glue. They actually stick by intermolecular forces alone, van der Waals forces. And I'm really pleased to report to you today that the first synthetic self-cleaning, dry adhesive has been made. From the simplest version in nature, one branch, my engineering collaborator, Ron Fearing, at Berkeley, had made the first synthetic version. And so has my other incredible collaborator, Mark Cutkosky, at Stanford -- he made much larger hairs than the gecko, but used the same general principles.
Og her er den første test. (Latter) Det er Kellar Autumn, min første PhD student, nu professor på Lewis and Clark, som bogstaveligt talt giver sin førstefødte barn til denne test. (latter)
And here is its first test. (Laughter) That's Kellar Autumn, my former Ph.D. student, professor now at Lewis and Clark, literally giving his first-born child up for this test. (Laughter)
For nyligt skete dette.
More recently, this happened.
Mand: Dette er første gang nogen har klatret med det.
Man: This the first time someone has actually climbed with it.
fortæller: Lynn Verinsky, en professionel klaterer, som så ud til at flyde over med selvtillid.
Narrator: Lynn Verinsky, a professional climber, who appeared to be brimming with confidence.
Lynn Verinsky: Ærligt talt, det her bliver helt sikkert. Det vil være helt sikkert.
Lynn Verinsky: Honestly, it's going to be perfectly safe. It will be perfectly safe.
Mand: Hvordan ved du det?
Man: How do you know?
Lynn Verinsky: På grund af min selvrisiko.
Lynn Verinsky: Because of liability insurance. (Laughter)
Fortæller: Med en madras nedenunder og forbundet til et sikkerhedstov, påbegyndte Lynn hendes 20 meters opstigning. Lynn klarede det til toppen i en perfekt parring mellem Hollywood og videnskab.
Narrator: With a mattress below and attached to a safety rope, Lynn began her 60-foot ascent. Lynn made it to the top in a perfect pairing of Hollywood and science.
Mand: Så, du er det første menneske, der officielt har efterlignet en gekko.
Man: So you're the first human being to officially emulate a gecko.
Lynn Verinsky: Ha! Wow. Og sikke et privilegie det har været.
Lynn Verinsky: Ha! Wow. And what a privilege that has been.
Robert Full: Det er hvad hun klarede på en ru overflade. Men hun brugte faktisk disse på en glat overflade, to af dem, til at klatre op, og trække hende selv med op. Og I kan prøve dette i lobbyen, og se på de gekko-inspirerede materialer. Nå, men problemet med robotter, der gør det er, at de ikke kan komme fri igen, med dette materiale. Dette er gekkoens løsning. De skræller faktisk deres tæer væk fra overfladen i et højt tempo, når de løber op af væggen.
Robert Full: That's what she did on rough surfaces. But she actually used these on smooth surfaces -- two of them -- to climb up, and pull herself up. And you can try this in the lobby, and look at the gecko-inspired material. Now the problem with the robots doing this is that they can't get unstuck, with the material. This is the gecko's solution. They actually peel their toes away from the surface, at high rates, as they run up the wall.
Men jeg er faktisk meget spændt på at vise jer den nyeste version af en robot, Stickybot, der et nyt hierarkisk tørt klæbemiddel. Og her er selve robotten. Og her er det den gør. Og hvis i kigger efter, kan I se at den bruger, tå-skrælningen ligesom gekkoen gør. Hvis vi kan vise noget af videoen, i kan se den klatre op af væggen. (Klapsalver) Der kommer det. Og nu kan den fortsætte på andre overflader på grund af det nye klæbemiddel, som gruppen fra Standford var i stand til at lave, da de designede denne utrolige robot. (Klapsalver)
Well I'm really excited today to show you the newest version of a robot, Stickybot, using a new hierarchical dry adhesive. Here is the actual robot. And here is what it does. And if you look, you can see that it uses the toe peeling, just like the gecko does. If we can show some of the video, you can see it climbing up the wall. (Applause) There it is. And now it can go on other surfaces because of the new adhesive that the Stanford group was able to do in designing this incredible robot. (Applause)
Oh. En ting jeg vil påpege er, se på stickybot. Kan I se noget på den. Det er ikke bare for at få den til at ligne en gekko. Den har en hale. Lige når du tror du har luret naturen, så sker den slags ting. Ingeniørerne forklarede os om de klatrende robotter, at hvis den ikke havde en hale, så faldt den ned af væggen. så det de gjorde var, at stille os et vigtigt spørgsmål. De sagde, "Nå, det ligner lidt en hale." Selvom vi bare satte en passiv barre på. "behøver dyrene deres haler når de klatrer op af vægge?" Det de gjorde var at returnere tjenesten, ved at give os en hypotese at teste, i biologien, som vi ikke ville have tænkt på.
Oh. One thing I want to point out is, look at Stickybot. You see something on it. It's not just to look like a gecko. It has a tail. And just when you think you've figured out nature, this kind of thing happens. The engineers told us, for the climbing robots, that, if they don't have a tail, they fall off the wall. So what they did was they asked us an important question. They said, "Well, it kind of looks like a tail." Even though we put a passive bar there. "Do animals use their tails when they climb up walls?" What they were doing was returning the favor, by giving us a hypothesis to test, in biology, that we wouldn't have thought of.
Men selvfølgelig, i virkeligheden gik vi i panik, som biologer burde vi vide det allerede. Vi sagde, "Nå, hvad gør haler?" Vi ved at haler for eksempel opbevarer fedtlag. Vi ved at man kan gribe fat om ting med dem. Og måske det mest kendte, at de giver statisk balance. (Latter) De kan også virke som modvægt. Se denne kænguru. Se halen? Det er utroligt! Marc Raibert byggede en Uniroo hoppende robot. Og den var ustabil uden dens hale. De fleste haler begrænser manøvrebarheden. Som dette menneske i en dinosaur-dragt. (Latter) Mine kolleger gik faktisk ud og testede denne begrænsning, ved at øge passiviteten på en studerende, så de havde en hale, og fik dem til at løbe igennem en forhindringsbane, og fandt en nedsat ydelse. Som forventet. (Latter) Men dette er selvfølgelig en passiv hale. Og man kan også have aktive haler.
So of course, in reality, we were then panicked, being the biologists, and we should know this already. We said, "Well, what do tails do?" Well we know that tails store fat, for example. We know that you can grab onto things with them. And perhaps it is most well known that they provide static balance. (Laughter) It can also act as a counterbalance. So watch this kangaroo. See that tail? That's incredible! Marc Raibert built a Uniroo hopping robot. And it was unstable without its tail. Now mostly tails limit maneuverability, like this human inside this dinosaur suit. (Laughter) My colleagues actually went on to test this limitation, by increasing the moment of inertia of a student, so they had a tail, and running them through and obstacle course, and found a decrement in performance, like you'd predict. (Laughter) But of course, this is a passive tail. And you can also have active tails.
Og da jeg gik i gang med at undersøge dette, gik det op for mig at en af de store TED moments fra tidligere, fra Nathan, hvor vi talte om en aktiv hale.
And when I went back to research this, I realized that one of the great TED moments in the past, from Nathan, we've talked about an active tail.
Video: Myhrvold tror at hale-piskende dinosaurer var interesseret i kærlighed og ikke krig.
Video: Myhrvold thinks tail-cracking dinosaurs were interested in love, not war.
Robert Full: Han talte om at halen var en pisk til kommunikation. Den kan også bruges i forsvar. Meget kraftfuldt. Så vi gik hjem og kiggede på dyret. Og vi sendte den op af en overflade. Men denne gang lavede vi et glat område som I kan se i gult her. Se i højre side hvad dyret gør med sin hale når den mister grebet. Dette gjort 10 gange langsommere. Og her er det i normal hastighed. Og se den miste grebet, og se hvad den gør med halen. Den har en aktiv hale, der fungerer som et femte ben. Og det bidrager til stabilitet. Hvis man kan få den til at meste grebet rigtigt meget, så er dette hvad vi opdagede. Det er utroligt. Ingeniørerne havde en rigtig god ide.
Robert Full: He talked about the tail being a whip for communication. It can also be used in defense. Pretty powerful. So we then went back and looked at the animal. And we ran it up a surface. But this time what we did is we put a slippery patch that you see in yellow there. And watch on the right what the animal is doing with its tail when it slips. This is slowed down 10 times. So here is normal speed. And watch it now slip, and see what it does with its tail. It has an active tail that functions as a fifth leg, and it contributes to stability. If you make it slip a huge amount, this is what we discovered. This is incredible. The engineers had a really good idea.
Og se blev vi selvfølgelig forundrede Okay, de har en aktiv hale, men lad os nu se, De klatrer op af en væg eller et træ. Og så når de toppen, og lad os sige at der er nogle blade der. Og hvad ville der ske hvis de klatrede på undersiden af det blad, og der var noget vind, eller vi rystede det? Vi lavede det eksperiment, og I ser det her. (Klapsalver) Og dette er hvad vi opdagede. Dette er korrekt hastighed. I kan ikke se noget. Men her er det langsommere.
And then of course we wondered, okay, they have an active tail, but let's picture them. They're climbing up a wall, or a tree. And they get to the top and let's say there's some leaves there. And what would happen if they climbed on the underside of that leaf, and there was some wind, or we shook it? And we did that experiment, that you see here. (Applause) And this is what we discovered. Now that's real time. You can't see anything. But there it is slowed down.
Det vi opdagede var verdens hurtigste luft-genopretnings bevægelse.. For de af jer, som husker jeres fysik, dette er et negativ-vinkels-moment opretnings bevægelse. Men det er som en kat. I ved, katte falder. Katte gør det her. De drejer deres krop. Men gekkoer gør det bedre, Og de gør det med deres hale. Sa, de gør det med denne aktive hale når de svinger den rundt. Og så lander de altid i en slags superman flyve position. Okay, nu spekulerede vi på om vi havde ret, for så skulle vi kunne teste dette i en fysisk model, i en robot.
What we discovered was the world's fastest air-righting response. For those of you who remember your physics, that's a zero-angular-momentum righting response. But it's like a cat. You know, cats falling. Cats do this. They twist their bodies. But geckos do it better. And they do it with their tail. So they do it with this active tail as they swing around. And then they always land in the sort of superman skydiving posture. Okay, now we wondered, if we were right, we should be able to test this in a physical model, in a robot.
Så til TED byggede vi en robot, der ovre, en prototype med en hale. Og vi vil forsøge den førte luft-genopretnings bevægelse med en hale, med en robot. Hvis vi kan få tændt lyset. Okay, nu sker det. Og vis videoen. Der er det. Og det fungere ligesom det gør hos dyret. Så alt I behøver er et sving med halen for at rette op på jer selv. (Klapsalver)
So for TED we actually built a robot, over there, a prototype, with the tail. And we're going to attempt the first air-righting response in a tail, with a robot. If we could have the lights on it. Okay, there it goes. And show the video. There it is. And it works just like it does in the animal. So all you need is a swing of the tail to right yourself. (Applause)
Nu ville vi naturlig vis være skræmte for dyret har ingen flyve egenskaber, så vi tænkte, "Nå det er helt i orden. Vi sætter den ind i en lodret vindtunnel. Vi blæser luften opad, og vi giver den et landingssted, en træstamme lige udenfor aflukket af plexiglas, og så ser vi hvad den gør. (Latter) Så det gjorde vi. Og her er hvad den gør. Vinden kommer neden fra. Dette er 10 gange nedsat hastighed. Den laver en ligevægts svævning. Ganske kontrolleret. Dette er lidt utroligt. Men faktisk ganske smukt, når man tager et billede af det. Og det er bedre end det, mens den svæver, manøvrere den i luften. Og måden den gør det, er at den tager sin hale og svinger den en vej for at dreje til venstre, og den svinger den anden vej for at dreje til højre. Så vi kan manøvrere på denne måde. Og så -- vi var nødt til at filme det flere gange for at tro på det -- Så gør den også dette. Se her. Den svinger halen op og ned som en delfin. Den kan faktisk svømme igennem luften. Men se dens forben. Kan I se hvad de gør? Hvad betyder det for oprindelsen flappende flyvning? Måske er det udviklet fra at kunne komme ned fra træerne, og et forsøg på en kontrolleret svævning. Bliv på kanalen for det. (Latter)
Now, of course, we were normally frightened because the animal has no gliding adaptations, so we thought, "Oh that's okay. We'll put it in a vertical wind tunnel. We'll blow the air up, we'll give it a landing target, a tree trunk, just outside the plexi-glass enclosure, and see what it does. (Laughter) So we did. And here is what it does. So the wind is coming from the bottom. This is slowed down 10 times. It does an equilibrium glide. Highly controlled. This is sort of incredible. But actually it's quite beautiful, when you take a picture of it. And it's better than that, it -- just in the slide -- maneuvers in mid-air. And the way it does it, is it takes its tail and it swings it one way to yaw left, and it swings its other way to yaw right. So we can maneuver this way. And then -- we had to film this several times to believe this -- it also does this. Watch this. It oscillates its tail up and down like a dolphin. It can actually swim through the air. But watch its front legs. Can you see what they are doing? What does that mean for the origin of flapping flight? Maybe it's evolved from coming down from trees, and trying to control a glide. Stay tuned for that. (Laughter)
Så var det vi spekulerede på, "Kan de egentligt manøvrer med dette?" Så der er landingspladsen. Kunne de styre mod det med disse evner? Her er det i vindtunnelen. Det ser i hvert fald sådan ud. I kan de det endnu bedre fra oven. Se dyret. Det bevæger sig helt sikkert mod landingspladsen. Se slaget med dens hale når den gør det. Se det. Det er utroligt.
So then we wondered, "Can they actually maneuver with this?" So there is the landing target. Could they steer towards it with these capabilities? Here it is in the wind tunnel. And it certainly looks like it. You can see it even better from down on top. Watch the animal. Definitely moving towards the landing target. Watch the whip of its tail as it does it. Look at that. It's unbelievable.
Så nu var vi virkelig forvirrede, for der er ingen rapporter om at den kan svæve. Så vi sagde, "Hold da op, vi er nødt til at skulle ud i marken for at se om den faktisk gør det." Fuldstændigt modsat af den måde man ser det i naturfilm, selvfølgelig. Vi undrede os, "Svæver de egentligt i naturen?" Nå, men vi tog ud i skovene i Singapore og Sydøstasien. Og i den næste video ser i den første gang vi viser det.
So now we were really confused, because there are no reports of it gliding. So we went, "Oh my god, we have to go to the field, and see if it actually does this." Completely opposite of the way you'd see it on a nature film, of course. We wondered, "Do they actually glide in nature?" Well we went to the forests of Singapore and Southeast Asia. And the next video you see is the first time we've showed this.
Dette er den ægte optagelse, ikke opsat, en rigtigt forskningsvideo, af et dyr, der svæver ned -- der er en rød sporings linje. Kig til slut for at se dyret. Når den nærmer sig træet, se nærbilledet. Og se om I kan se den lande? Så der kom det ned. Der er en gekko for enden af linjen. Kan I se den der? Der? Se den falde ned. Nu kig oppe der hvor I kan se landingen. Så I den ramme? Den bruger faktisk også dens hale. Ligesom vi så det i laboratoriet.
This is the actual video -- not staged, a real research video -- of animal gliding down. There is a red trajectory line. Look at the end to see the animal. But then as it gets closer to the tree, look at the close-up. And see if you can see it land. So there it comes down. There is a gecko at the end of that trajectory line. You see it there? There? Watch it come down. Now watch up there and you can see the landing. Did you see it hit? It actually uses its tail too, just like we saw in the lab.
Så nu kan vi fortsætte denne gensidighed ved at foreslå at den kan lave en aktiv hale. Og her er den første aktive hale på en robot lavet af Boston Dynamics. Så for at konkludere. Jeg tror vi er nødt til at bygge biogensidighed, og som jeg viste så det vil øge hastigheden for basale opdagelser og deres ibrugtagen. For at gøre der er det nødvendigt at re-designe uddannelse på en omfattende vis, for at balancere indhold med tværfaglig kommunikation. Og målrettet uddanne folk i at bidrage til og drage nytte fra andre discipliner. Og selvfølgelig har vi brug for organismerne og miljøet for at gøre det. Det vil sige, uanset om I bekymrer jer om sikkerhed, eftersøgning og redning eller sundhed så må vi beskytte naturens design, ellers vil disse hemmeligheder være tabt for evigt. Og det jeg har hørt fra vores nye præsident, er jeg meget optimistisk. Tak skal I have. (Klapsalver)
So now we can continue this mutualism by suggesting that they can make an active tail. And here is the first active tail, in the robot, made by Boston Dynamics. So to conclude, I think we need to build biomutualisms, like I showed, that will increase the pace of basic discovery in their application. To do this though, we need to redesign education in a major way, to balance depth with interdisciplinary communication, and explicitly train people how to contribute to, and benefit from other disciplines. And of course you need the organisms and the environment to do it. That is, whether you care about security, search and rescue or health, we must preserve nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever. And from what I heard from our new president, I'm very optimistic. Thank you. (Applause)