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.
Ik wil vandaag een oorspronkelijke ontdekking met jullie delen. Maar ik wil het jullie vertellen zoals het echt gebeurde, niet zoals ik het op een vergadering van wetenschappers vertel, of zoals je het in een wetenschappelijk artikel zou lezen. Het is een verhaal over wat verder gaat dan biomimetisme, iets dat ik biomutualisme noem. Dat definieer ik als een associatie tussen biologie en een ander vak. Waarbij elk vak het andere vooruithelpt, maar waarbij de gezamenlijke ontdekkingen verder gaan dan één veld. Voor biomimetisme geldt dat naarmate menselijke technologie meer en meer kenmerken van de natuur overneemt, de natuur een nuttiger lesgever wordt. Ingenieurs kunnen zich door de biologie laten inspireren, door haar principes en analogieën te gebruiken als ze voordelig zijn. Door dat te integreren met het beste van de menselijke ingenieurskunst, maken ze uiteindelijk iets dat beter is dan de natuur.
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.
Ik ben bioloog, en dus was ik hier erg nieuwsgierig naar. Dit zijn gekkotenen. We vroegen ons af hoe ze deze bizarre tenen gebruiken om zo snel een muur op te klimmen. We ontdekten het. We ontdekten dat ze bladachtige structuren op hun tenen hebben, met miljoenen kleine haartjes die er als een tapijt uitzien; Elk van die haartjes heeft een onmogelijk aantal gesplitste eindjes, 100 tot 1.000, van nano-grootte. Elk individu heeft 2 miljard van deze nano-gesplitste eindjes. Ze kleven niet als klitteband of door aanzuiging of lijm. Ze kleven louter door intermoleculaire krachten, van der Waalskrachten. Ik ben echt trots om jullie vandaag te melden dat de eerste synthetische zelfreinigende droge lijm klaar is. Uit de eenvoudigste versie in de natuur, één tak, heeft mijn medewerker-ingenieur Ron Fearing in Berkely de eerste synthetische versie gemaakt. Mijn andere ongelooflijke medewerker, Mark Cutkosky, deed hetzelfde in Stanford. Hij heeft veel langere haren dan die van de gekko gemaakt, maar hij gebruikte dezelfde principes.
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)
Dit was de eerste test. (Gelach) Dat is Kellar Autumn, mijn voormalige doctoraatsstudent, die nu doceert aan Lewis and Clark, en die letterlijk zijn eerstgeborene opgaf voor deze test. (Gelach)
More recently, this happened.
Recenter gebeurde er dit.
Man: This the first time someone has actually climbed with it.
Man: Dit is de eerste keer dat iemand er echt mee geklommen heeft.
Narrator: Lynn Verinsky, a professional climber, who appeared to be brimming with confidence.
Verteller: Lynn Verinsky, professioneel klimster, die leek te blaken van vertrouwen.
Lynn Verinsky: Honestly, it's going to be perfectly safe. It will be perfectly safe.
Lynn Verinsky: Eerlijk waar, het zal volkomen veilig zijn.
Man: How do you know?
Man: Hoe weet je dat?
Lynn Verinsky: Because of liability insurance. (Laughter)
Lynn Verinsky: Omwille van de aansprakelijkheidsverzekering.
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.
Verteller: Met een matras op de grond en een veiligheidskoord begon Lynn aan haar klim van 18 meter. Lynn bereikte de top met een perfecte combinatie van Hollywood en wetenschap.
Man: So you're the first human being to officially emulate a gecko.
Man: Je bent nu officieel de eerste mens die de gekko evenaart.
Lynn Verinsky: Ha! Wow. And what a privilege that has been.
Lynn Verinsky: Ha! Het was me een waar voorrecht.
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: Dat deed ze op een ruw oppervlak. Maar ze gebruikte deze op een glad oppervlak, twee ervan, om te klimmen en zich op te trekken. Je kan dit uitproberen in de lobby, waar je het gekko-geïnspireerd materiaal kan bekijken. Het probleem met de robots die dit doen, is dat ze zich niet kunnen losmaken van het materiaal. Dit is de oplossing van de gekko. Ze pellen hun tenen van het oppervlak af, zeer snel, terwijl ze de muur oprennen.
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)
Ik vind het spannend om jullie vandaag de nieuwste versie te tonen van een robot, Stickybot, die een nieuwe hiërarchische droge lijm gebruikt. Hier is de robot. Dit kan hij. Als je goed kijkt, zie je dat hij de voet-afpel-methode gebruikt, net als de gekko. Op deze video zie je hem de muur opklimmen. (Applaus) Daar gaat hij. En nu kan hij over andere oppervlakken klimmen omwille van de nieuwe lijm, die de Stanford-groep wist te maken, bij het ontwerpen van deze ongelooflijke robot. (Applaus)
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. Een ding dat ik wil aanwijzen, is dit: kijk naar Stickybot. Je ziet er iets op. Het is niet alleen om er als een gekko uit te zien. Het heeft een staart. En net als je denkt dat je de natuur door hebt, gebeurt zoiets. De ingenieurs vertelden ons dat klimrobots van de muur vallen als ze geen staart hebben. Dus stelden ze ons een belangrijke vraag. Ze zeiden: "Nou, het ziet eruit als een staart." Hoewel we daar een passieve staaf hebben. "Gebruiken dieren hun staart als ze muren opklimmen?" Wat ze deden, was ons een tegengunst bewijzen door ons een hypothese te geven om te testen, in de biologie, eentje waar we niet aan gedacht hadden.
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.
In werkelijkheid waren we natuurlijk in paniek, want wij waren de biologen en eigenlijk moesten we dat al weten. Wij zeiden: "Wel, waarvoor dienen staarten?" We weten dat staarten vet opslaan. We weten dat je er dingen mee kan vastgrijpen. En misschien is het meest bekend dat ze dienen voor het statisch evenwicht. (Gelach) Het kan ook fungeren als een tegenwicht. Hou deze kangoeroe in de gaten. Zie je die staart? Dat is ongelooflijk! Marc Raibert bouwde een Uniroo springrobot. Hij was instabiel zonder zijn staart. Staarten beperken meestal de wendbaarheid. Net als deze mens in een dinopak. (Gelach) Mijn collega's testten deze beperking verder, door het traagheidsmoment van een student te verhogen. Ze gaven hem een staart en lieten hem een hindernisparcours afleggen. Ze stelden een prestatieverlaging vast. Zoals je al kon voorspellen. (Gelach) Maar dit is natuurlijk een passieve staart. Er zijn ook ook actieve staarten.
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.
Toen ik dit onderzoek opnieuw bekeek, realiseerde ik me een van de grote TED-momenten uit het verleden, van Nathan, waarbij we over een actieve staart spraken.
Video: Myhrvold thinks tail-cracking dinosaurs were interested in love, not war.
Video: Myhrvold denkt dat dinosaurussen met zwiepende staarten geïnteresseerd waren in de liefde, niet in oorlog.
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: Hij sprak over de staart als zweep voor de communicatie. Hij kan ook worden gebruikt bij de verdediging. Nogal krachtig. Dus we gingen opnieuw naar het dier kijken. En we deden het een oppervlak oplopen. Maar deze keer zetten we er een glad stuk tussen dat je daar in het geel ziet. Let op, rechts, wat het dier doet met zijn staart als het slipt. Dit is 10 keer vertraagd. Hier is de normale snelheid. Kijk hem nu slippen, en kijk wat hij doet met zijn staart. Hij heeft een actieve staart die functioneert als een vijfde been. En die bijdraagt tot de stabiliteit. Als je hem erg doet slippen, dan ontdekten we dit. Dat is ongelooflijk. De ingenieurs hadden een heel goed idee.
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.
En dan natuurlijk vroegen we ons af, oké, ze hebben een actieve staart, maar laten we ze bekijken. Ze klimmen op een muur of een boom. Ze bereiken de top en laten we zeggen dat er daar bladeren zijn. Wat zou er gebeuren als ze op de onderzijde van dat blad klommen en er wat wind stond of als we ze zouden schudden? We deden het experiment, dat je hier ziet. (Applaus) Dit is wat we ontdekten. Dat is real time. Je kan niets zien. Maar daar is het vertraagd.
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.
Wat we ontdekten was 's werelds snelste correctiebeweging in de lucht. Voor degenen onder jullie die zich hun natuurkunde herinneren, dat is een nuldraaimoment correctiebeweging. Zoals bij een kat. Je weet wel, katten vallen. Katten doen dit. Ze draaien hun lichaam. Maar gekko's doen het beter. En ze doen het met hun staart. Dus ze doen het met deze actieve staart, terwijl ze ronddraaien. Ze landen altijd in het soort houding van superman die skydivet. Oké, nu vroegen we ons af, als we gelijk hadden, moesten we in staat zijn om dit te testen in een fysiek model, in een 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)
Dus hebben we voor TED een robot gebouwd, daar, een prototype, met staart. We gaan proberen om de eerste correctiebeweging in de lucht te doen met een staart, bij een robot. Kan de spot erop worden gezet? Oké, daar gaat hij. Toon de video. Hier is het. En het werkt net als bij het dier. Dus alles wat je nodig hebt is een zwaai van de staart om je te corrigeren. (Applaus)
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)
Natuurlijk waren we bang omdat het dier geen glijvlucht-aanpassingen heeft, dus dachten we: "Geen probleem. We zetten hem in een verticale windtunnel. We blazen lucht, geven hem een landingsdoel, een boomstam, net buiten de plexi-glasbehuizing, en kijken wat hij doet. (Gelach) Dus dat deden we. Dit is het resultaat. De wind komt van de bodem. Dit is 10 keer vertraagd. Hij doet een evenwichtsglijbeurt. Zeer gecontroleerd. Dit is ongelooflijk. Maar eigenlijk is het heel mooi, als je er een foto van neemt. Het is beter dan dat, net binnen de foto, manoeuvres in de lucht. Hoe hij het doet? Hij zwaait zijn staart om naar links te gieren, en dan naar rechts. Zo kunnen we manoeuvreren. En dan - we moesten dit meerdere keren filmen om het te geloven - doet hij ook dit. Kijk goed. Hij laat zijn staart op en neer zwaaien als een dolfijn. Hij kan eigenlijk door de lucht zwemmen. Kijk naar zijn voorpoten. Kun je zien wat ze doen? Wat betekent dat voor de herkomst van de fladderende vlucht? Misschien heeft die zich ontwikkeld uit de afdaling uit de bomen, en pogingen om een glijvlucht te controleren. Blijf kijken! (Gelach)
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.
Dus toen vroegen we ons af: "Kunnen ze hiermee eigenlijk manoeuvreren?" Daar is het landingsdoel. Kunnen ze daarheen sturen met deze mogelijkheden? Hier is hij in de wind-tunnel. Het ziet er alvast naar uit. Je ziet het nog beter van de boven naar beneden. Hou het dier in de gaten. Hij beweegt in de richting van het landingsdoel. Bekijk de zweepslag van zijn staart terwijl hij dat doet. Kijk eens aan. Het is ongelooflijk.
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.
Dus nu waren we echt in de war. Omdat er geen meldingen waren van het zweefvliegen. Wij dus: "Hemel, we moeten het bos in om te zien of hij dit echt doet. " Net het omgekeerde van een natuurfilm. We vroegen ons af: "Zweven ze echt in de natuur?" We trokken naar de bossen van Singapore en Zuidoost-Azië. En de volgende video is de eerste keer dat we dit laten zien.
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.
Dit is de echte video, niet geënsceneerd, een echte onderzoeksvideo, van een dier dat naar beneden glijdt - een rode lijn markeert het traject. Kijk naar het einde om het dier te zien. Maar dan, als het dichter bij de boom komt, kijk dan naar de close-up. Probeer hem te zien landen. Dus daar komt hij neer. Er is een gekko aan het einde van de trajectmarkering. Zie je hem daar? Kijk hoe hij naar beneden komt. Kijk nu daarboven. Daar zie je de landing. Zie je hoe hij slaat? Hij gebruikt ook zijn staart. Net zoals we zagen in het lab.
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)
Dus nu kunnen we dit mutualisme verderzetten door te suggereren dat ze een actieve staart maken. En hier is de eerste actieve staart, in de robot, gemaakt door Boston Dynamics. Conclusie: ik denk dat we biomutualismen moeten bouwen, zoals ik ze liet zien, die het tempo van de fundamentele ontdekking zullen versnellen, in hun toepassing. Maar om dit te doen, moeten we het onderwijs grondig hervormen om een evenwicht te bereiken tussen diepgang en interdisciplinaire communicatie. We moeten mensen expliciet trainen om bij te dragen aan, en te profiteren van andere disciplines. En natuurlijk heb je de organismen nodig en het milieu om het te doen. Of je je bezighoudt met beveiliging, opsporing en redding, of gezondheid, we moeten behouden wat de natuur ontwerpt, anders zullen deze geheimen voor altijd verloren gaan. Wat ik hoorde van onze nieuwe president, stemt me erg optimistisch. Dank u. (Applaus)