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.
Laissez-moi partager aujourd'hui avec vous une découverte inédite. Mais je veux vous raconter comment ça s'est vraiment passé. Et non comment je le présente dans les réunions scientifiques, ou comment vous le liriez dans une publication scientifique. Cette histoire dépasse le biomimétisme, pour atteindre ce que j'appelle le biomutualisme. Je définis cela comme l'association de la biologie et d'une autre discipline. Où chaque discipline aide réciproquement l'autre, mais où les découvertes collectives dépassent chaque spécialité prise séparément. En ce qui concerne le biomimétisme, alors que les technologies humaines adoptent de plus plus les caractéristiques de la nature, la nature devient un professeur beaucoup plus utile. L'ingénierie peut être inspirée par la biologie en reprenant ses principes et analogies quand ils sont utiles. Mais en y intégrant le meilleur de l'ingénierie humaine, pour obtenir finalement quelque chose de meilleur que la nature.
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.
Étant biologiste, ce sujet a excité ma curiosité. Voici des doigts de gecko. Nous nous demandions comment ils utilisaient ces doigts bizarres pour grimper si rapidement au mur. Nous l'avons découvert : ils ont des structures comme des feuilles sur leurs doigts, avec des millions de petits poils comme un tapis. Et chacun de ces doigts a les pires fourches qu'on puisse trouver entre 100 et 1000, qui sont nanométriques. Un individu a 2 milliards de ces fourches nanométriques. Elles ne collent pas grâce à un Velcro, à la succion ou à une colle.♪ Elles collent en fait seulement grâce aux forces intermoléculaires, les forces de Van der Waal. Je suis très heureux de vous annoncer aujourd'hui que le premier adhésif auto-nettoyant de synthèse a été créé. A partir de sa version la plus simple dans la nature, une branche. mon collègue d'ingénierie, Ron Fearing, à Berkeley, a créé la première version de synthèse. Mon autre collaborateur incroyable, Mark Cutkosky, à Stanford, a fait de même. Il a créé des poils beaucoup plus larges que ceux du gecko, mais a utilisé les mêmes principes généraux.
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)
Voici son premier test. (Rires) Voici Kellar Autumn, un ancien doctorant de mon labo, désormais professeur à Lewis and Clark, offrant littéralement son aîné pour ce test. (Rires)
More recently, this happened.
Plus récemment a eu lieu ceci.
Man: This the first time someone has actually climbed with it.
Homme : c'est la première fois que quelqu'un grimpe avec.
Narrator: Lynn Verinsky, a professional climber, who appeared to be brimming with confidence.
Narrateur : Lynn Verinsky, un grimpeur professionnel, qui semble déborder de confiance.
Lynn Verinsky: Honestly, it's going to be perfectly safe. It will be perfectly safe.
Lynn Verinsky : Honnêtement, cela sera parfaitement sûr. Parfaitement sûr.
Man: How do you know?
Homme : Comment le savez-vous?
Lynn Verinsky: Because of liability insurance. (Laughter)
Lynn Verinsky : A cause de l'assurance responsabilité civile.
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.
Narrateur : Avec un matelas en dessous et attaché à une corde de rappel, Lynn commence son ascension de 20 mètres. Lynn arrive au sommet dans un parfait mélange de science et de trucages hollywoodiens.
Man: So you're the first human being to officially emulate a gecko.
Homme : Vous êtes donc le premier être humain à officiellement vous comporter en gecko.
Lynn Verinsky: Ha! Wow. And what a privilege that has been.
Lynn Verinsky : Super! Quel privilège!
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.
Robert Full : Voilà ce qu'elle faisait sur des surfaces rugueuses. Mais elle a en fait utilisé ces choses-là sur des surfaces lisses, en l'occurrence deux, pour grimper et arriver en haut. Vous pouvez essayer cela dans le hall, et observer le matériel simili-gecko. Le problème avec les robots qui font cela est qu'on ne peut plus les décoller, avec ce type d'équipement. Voici la solution du gecko. En fait, il décolle ses doigts de la surface, à grande vitesse, en courant sur le mur.
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)
Je suis vraiment heureux aujourd'hui de vous montrer la dernière version du robot Stickybot, qui utilise une nouvelle colle à séchage hiérarchique. Voici le robot. Voici ce qu'il fait. En regardant bien, vous voyez qu'il utilise le décollement de ses doigts, comme le gecko. Si on peut passer une vidéo, vous le verrez grimper le long du mur. (Applaudissements) Voilà. Il peut aller sur d'autres surfaces grâce à la nouvelle colle, que le Stanford group a créée en concevant ce robot incroyable. (Applaudissements)
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.
Oh, une chose à noter. Regardez Stickybot. Vous voyez quelque chose dessus. Ce n'est pas seulement pour ressembler à un gecko. Il a une queue. Quand vous croyez avoir compris la nature, c'est ce qui arrive. Les ingénieurs nous ont dit, les robots grimpeurs, s'ils n'ont pas de queue, ils tombent du mur. Ils nous ont posé une question, une question importante. Ils ont dit : "Hé, cela ressemble à une queue." Bien qu'on a mis une barre passive ici. "Les animaux utilisent-ils leur queue pour grimper aux murs?" Ils nous ont retourné la politesse, en nous donnant une hypothèse à tester, en biologie, à laquelle nous n'aurions pas pensé.
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.
Bien sûr, en réalité, nous étions paniqué, étant les biologistes, nous aurions dû déjà savoir. On a dit : "Eh bien, à quoi sert la queue?" Nous savons que la queue stocke de la graisse, par exemple. Nous savons qu'on peut attraper des choses avec. Et peut-être le plus connu : elle assure un équilibre à l'arrêt. (Rires) Elle peut agir comme contrepoids. Observez ce kangourou. Vous voyez la queue? C'est incroyable! Marc Rabert a construit un robot sauteur, l'Uniroo. Il était instable sans sa queue. Mais la plupart du temps la queue diminue la manœuvrabilité. Comme pour cet humain en costume de dinosaure. (Rires) Mes collègues ont en fait testé cette limitation, en augmentant le moment d'inertie d'un étudiant : on lui met une queue, il traverse en courant un parcours d'obstacles, et constate une diminution de la performance. Comme vous l'auriez prédit. (Rires) Mais bien sûr, c'est une queue passive. Il existe des queues actives.
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.
Quand j'ai repris mes recherches sur ce sujet, j'ai réalisé qu'un des grands moments de TED, fut grâce à Nathan, quand nous avons parlé d'une queue active.
Video: Myhrvold thinks tail-cracking dinosaurs were interested in love, not war.
Video : Myhrvold pense que les dinosaures à longue queue étaient intéressés par l'amour, pas par la guerre.
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.
Robert Full : Il parlait de la queue comme d'un moyen de communication. Elle pouvait être utile pour se défendre. Plutôt puissante. Nous nous sommes intéressés à nouveau à l'animal. Nous l'avons fait courir sur une surface. Mais cette fois-ci, on a mis une bande glissante, que vous voyez ici, en jaune. Regardez sur la droite, ce que l'animal fait avec sa queue quand il glisse. Ceci est ralenti 10 fois. A vitesse normale. Regardez-le glisser, et observez ce qu'il fait avec sa queue. Sa queue est active et fonctionne comme une 5ème jambe. Et contribue à la stabilité. Si on le fait beaucoup glisser, voici ce que nous avons constaté. C'est incroyable. Les ingénieurs ont vraiment eu une bonne idée.
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.
Ensuite bien sûr, on s'est demandé : OK, la queue est active, mais imaginons-les en action. Ils grimpent sur un mur, ou sur un arbre. Arrivé en haut, imaginons qu'il y ait des feuilles. Que se passerait-il s'ils grimpaient sur la face inférieure d'une feuille, et s'il y avait du vent, ou si on l'agitais? Nous avons fait l'expérience, que vous voyez là. (Applaudissements) Voici ce que nous avons découvert. C'est en vitesse réelle. On ne voit rien. Voici au ralenti.
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.
Ceci est la réaction de rééquilibrage la plus rapide au monde. Pour ceux que se souviennent des cours de physique, c'est une réponse de rééquilibrage à moment cinétique nul. Mais comme un chat. Vous le savez, les chats tombent. Ils font ceci. Ils tordent leur corps. Les geckos le font mieux. Et ils le font avec leur queue. Ils le font avec leur queue active qu'ils battent. Ils atterrissent donc toujours dans la position de Superman. Bien sûr, nous nous sommes demandés : si nous avions raison, nous devrions pouvoir le tester sur un modèle physique, un robot.
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)
Pour TED, nous avons vraiment construit un robot, ici, un prototype, avec une queue. Voici la première tentative de réponse de rééquilibrage par la queue, avec un robot. Si on pouvait éclairer ceci. OK, c'est parti. Lancez la vidéo. Voilà. Cela fonctionne comme chez l'animal. Il suffit simplement d'un battement de queue pour rééquilibrer. (Applaudissements)
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)
Bien sûr, vous étiez normalement inquiets parce que l'animal n'est pas adapté au vol plané, alors nous nous sommes dit : "OK. Mettons-le dans une soufflerie verticale. On souffle de l'air, on détermine une aire d'atterrissage, un tronc d'arbre, juste à côté de la barrière en plexi, et voyons ce que se passe. (Rires) On l'a fait. Voilà le résultat. Le vent arrive d'en bas. Ceci est ralenti dix fois. Cela crée une pente d'équilibre. Hautement contrôlée. C'est incroyable. Mais c'est vraiment beau quand on le photographie. C'est en fait mieux que ça : il arrive à évoluer entre deux courants. Il fait cela en utilisant sa queue et en la balançant d'un côté puis de l'autre pour rester droit. On peut se déplacer ainsi. Ensuite -- nous avons dû filmer à plusieurs reprises pour y croire -- Il fait aussi cela. Regardez. Il fait bouger sa queue de haut en bas comme un dauphin. Il nage réellement dans l'air. Observez ses pattes avant. Vous voyez ce qu'elles font? Y a-t-il un lien avec les battements d'ailes? Cela vient peut-être du besoin de descendre des arbres tout en contrôlant un vol plané La suite dans un instant... (Rires)
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.
Nous sommes alors demandés : "Peuvent-ils manœuvrer ainsi?" Voici l'aire atterrissage. Y arriveront-ils en utilisant ces capacités? Le voici dans la soufflerie. On le dirait bien. On le voit encore mieux depuis en dessous. Observez l'animal. Il se déplace vraiment vers l'aire d'atterrisage. Observez le fouettement de sa queue. Regardez ça. C'est incroyable.
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.
A ce moment-là, nous étions complètement perdus. Car il n'y a pas d'e publication sur le vol plané du gecko. On s'est dit : "Mon Dieu, nous devons aller sur le terrain voir comment il fait ça." Exactement l'inverse de ce que vous verriez dans un film animalier, bien sûr. On s'est demandé : "Est-ce qu'ils font du vol plané dans la nature?" Nous sommes allés dans les forêts de Singapour et d'Asie du Sud-Est. La vidéo que vous allez voir est montrée ici pour la première fois.
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.
C'est la vidéo brute, pas arrangée, une vidéo de recherche d'un animal en plein vol plané. Voici la trajectoire en rouge. Regardez le bout de la trajectoire pour voir l'animal. Mais quand il se rapproche de l'arbre, regardez l'agrandissement. Essayez de le voir atterrir. Le voici en bas. Il y a un gecko en bas de cette ligne rouge. Vous le voyez? Et ici? Regardez-le descendre. Maintenant, regardez là en haut et vous verrez l'atterrissage. Vous l'avez vu toucher? Il utilise aussi sa queue. Comme dans le laboratoire.
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)
Nous pouvons continuer cette mutualisation en proposant de créer une queue active. Voici donc la première queue active, sur un robot, créée par Boston Dynamics. Pour conclure, je pense qu'il faut encourager le biomutualisme, comme je l'ai montré, cela accélèrera le rythme des découvertes, et leur application. Pour ceci, nous devons modifier l'éducation d'une manière radicale, pour équilibrer la réflexion avec la communication inter-disciplinaire. Former concrètement les gens, et bénéficier des autres disciplines. Bien sûr, il faut aussi les organisations et l'environnement pour. En clair, que ce soit en sécurité, en sauvetage ou en santé, nous devons protéger les schémas de la nature, autrement ils seront perdus à jamais. Mais d'après ce que notre nouveau président a dit, je suis très optimiste. Merci. (Applaudissements)