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.
Podzielę się dziś ciekawym odkryciem. Opowiem też jak do niego doszło, ale nie tak, jak na sympozjach, czy w magazynach naukowych. To opowieść od bioniki do dyscypliny, którą nazywam biomutualizmem. Jest to połączenie biologii z inną dyscypliną, gdzie jedna dyscyplina wspiera drugą, a wspólne odkrycia przekraczają pojedyncze dziedziny. W bionice, gdy technologia nabiera więcej cech naturalnych, natura staje się pomocnym nauczycielem. Inżynieria inspirowana jest biologią, korzysta z jej zasad i łącząc je z osiągnięciami inżynierii produkuje coś lepszego niż natura.
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.
Zainteresowało mnie to jako biologa. To palce gekona. Zastanawialiśmy się, jak się ich używa, by tak szybko wspinać się na ściany. Odkryliśmy, że gekony mają na palcach struktury w kształcie liścia, z milionami małych włosków. Każdy włos ma paskudny przypadek rozdwojenia końcówek, 100 do 1000 rozdwojeń w rozmiarze nano. Każdy osobnik ma 2 miliardy tych rozdwojeń. Nie używają rzepów, przyssawek ani kleju. Przyczepiają się dzięki oddziaływaniom międzycząsteczkowym, oddziaływaniom van der Waalsa. Dziś z dumą mogę ogłosić, że stworzono pierwszy syntetyczny, suchy, samo-oczyszczający się klej. Z najprostszej naturalnej wersji, mój współpracownik, inżynier Ron Fearing, stworzył pierwszą wersję syntetyczną. Kolejny mój współpracownik Mark Cutkosky na Stanford, stworzył włoski większe niż u gekona, ale według tych samych zasad.
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)
Oto pierwszy test. (Śmiech) To Kellar Autumn, mój dawny doktorant, obecnie profesor na Lewis & Clark. Eksperymentuje na własnym pierworodnym dziecku. (Śmiech)
More recently, this happened.
A ostatnio to.
Man: This the first time someone has actually climbed with it.
Mężczyzna: Pierwszy raz ktoś się z tym wspiął.
Narrator: Lynn Verinsky, a professional climber, who appeared to be brimming with confidence.
Narrator: Zawodowa alpinistka Lynn Verinsky wydaje się pełna zaufania.
Lynn Verinsky: Honestly, it's going to be perfectly safe. It will be perfectly safe.
Lynn Verinsky: To całkowicie bezpieczne.
Man: How do you know?
Mężczyzna: Skąd wiesz? Lynn Verinsky: Ubezpieczenie OC. (Śmiech)
Lynn Verinsky: Because of liability insurance. (Laughter)
Mężczyzna: Skąd wiesz? Lynn Verinsky: Ubezpieczenie OC. (Śmiech)
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.
Narrator: Zabezpieczona materacem i liną, Lynn rozpoczęła 18-metrową wspinaczkę. Narrator: Zabezpieczona materacem i liną, Lynn rozpoczęła 18-metrową wspinaczkę. Weszła na szczyt, idealnie łącząc Hollywood i naukę. Weszła na szczyt, idealnie łącząc Hollywood i naukę.
Man: So you're the first human being to officially emulate a gecko.
Mężczyzna: Jesteś pierwszą osobą naśladującą gekona.
Lynn Verinsky: Ha! Wow. And what a privilege that has been.
Lynn Verinsky: Nieźle. Co za zaszczyt.
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: To była chropowata powierzchnia, lecz palety wypróbowano także na gładkich powierzchniach. lecz palety wypróbowano także na gładkich powierzchniach. Spróbujcie sami w lobby. Obejrzycie tworzywo inspirowane gekonem. Robotom, które używają tego tworzywa. trudno się odczepić. trudno się odczepić. Tak robi to gekon. Gdy wbiega po ścianie, błyskawicznie odlepia palce. błyskawicznie odlepia palce.
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)
Dziś mogę zaprezentować najnowszą wersję robota, Stickybot, używającego hierarchicznego, suchego tworzywa samoprzylepnego. Oto on. A oto jak działa. Przyjrzyjcie się, A oto jak działa. Przyjrzyjcie się, korzysta z techniki odlepiania palców, korzysta z techniki odlepiania palców, tak jak gekon. Na filmie widać, jak wspina się po ścianie. (Brawa) Proszę bardzo. Może poruszać się po innych powierzchniach dzięki nowemu tworzywu, które wynalazła grupa ze Stanford. (Brawa)
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.
Chciałbym coś podkreślić. Ma ogon nie tylko po to, by upodobnić się do gekona. Już zdawało się, że rozgryźliśmy naturę. Inżynierowie powiedzieli, że bez ogonów Inżynierowie powiedzieli, że bez ogonów roboty będą spadać ze ścian. Zadali nam ważne pytanie. Zadali nam ważne pytanie. Powiedzieli: "To wygląda jak ogon, choć to tylko bierny pręt. Czy zwierzęta używają ogonów przy wspinaniu?" Oddali nam przysługę, dając do przetestowania hipotezę, której byśmy w biologii nie postawili.
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.
Spanikowaliśmy, bo jako biolodzy powinniśmy byli to wiedzieć. Pomyśleliśmy, do czego jest ogon. Do magazynowania tłuszczu. Do łapania się różnych rzeczy. I, co oczywiste, do zapewniania równowagi. I, co oczywiste, do zapewniania równowagi. (Śmiech) Ogon stanowi też przeciwwagę. Patrzcie na kangura. Widzicie ogon? Niesamowite! Marc Raibert zbudował skaczącego robota, Uniroo. Bez ogona był niestabilny. Ogony zmniejszają ruchliwość, jak u osoby w kostiumie dinozaura. (Śmiech) Moi koledzy badali to ograniczenie. Zwiększyli moment bezwładności studenta, dając mu ogon i każąc biec slalomem. Ogon pogarszał wyniki, zgodnie z przypuszczeniem. (Śmiech) To jednak nieruchomy ogon. A są też ruchome.
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.
Badając to odkryłem, że na jednej z poprzednich konferencji TED Nathan mówił o ruchomych ogonach. Nathan mówił o ruchomych ogonach.
Video: Myhrvold thinks tail-cracking dinosaurs were interested in love, not war.
Film: Myhrvold sądzi, że dinozaury machały ogonami z miłości, nie ze złości.
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: Ogony służyły do porozumiewania się, albo do obrony. Bardzo potężne. albo do obrony. Bardzo potężne. Przyjrzeliśmy się, jak gekon wbiega po ścianie. Przyjrzeliśmy się, jak gekon wbiega po ścianie. Dodaliśmy śliski pas, oznaczony na żółto. Dodaliśmy śliski pas, oznaczony na żółto. Spójrzcie, co robi z ogonem, kiedy się ślizga. Normalną prędkość zwolniliśmy 10 razy. Normalną prędkość zwolniliśmy 10 razy. Patrzcie, co robi z ogonem, kiedy się ślizga. Ogon działa jak piąta noga, dodaje stabilności. Ogon działa jak piąta noga, dodaje stabilności. A oto co robi, gdy bardzo się poślizgnie. Niesamowite. A oto co robi, gdy bardzo się poślizgnie. Niesamowite. Inżynierowie mieli świetny pomysł.
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.
Zastanawialiśmy się jednak, jak to wygląda. Zastanawialiśmy się jednak, jak to wygląda. Gekon wspina się na ścianę czy drzewo. Wchodzi na szczyt z liśćmi. A gdyby wszedł na liść od spodu, i zatrząsłby nim wiatr? Zrobiliśmy eksperyment. (Brawa) Oto, co odkryliśmy. W czasie rzeczywistym nic nie widać, więc zwolnimy. W czasie rzeczywistym nic nie widać, więc zwolnimy.
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.
To najszybszy odruch prostowania się w powietrzu. Zerowy moment pędu, jeśli pamiętacie z fizyki. Jak kot, który podczas upadku przekręca tułów. Jak kot, który podczas upadku przekręca tułów. Gekony robią to lepiej. Używają ruchomego ogona, Gekony robią to lepiej. Używają ruchomego ogona, którym machają podczas obrotu. Zawsze lądują jak Superman-spadochroniarz. Jeśli to prawda, sprawdziłoby się to też u robota. Jeśli to prawda, sprawdziłoby się to też u robota.
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)
Zbudowaliśmy więc robota, prototyp z ogonem. Zbudowaliśmy więc robota, prototyp z ogonem. Wypróbujmy odruch prostowania się u robota z ogonem. Wypróbujmy odruch prostowania się u robota z ogonem. Skierujmy tu światła. Proszę bardzo. Skierujmy tu światła. Proszę bardzo. Teraz nagranie. Proszę bardzo. Tak samo, jak u zwierzęcia. Wystarczy ruch ogona, by się wyprostować. (Brawa)
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)
Mieliśmy pewne obawy, bo gekon nie jest przystosowany do szybowania. Wsadziliśmy go pionowego tunelu aerodynamicznego. Cel do lądowania umieściliśmy zaraz za ogrodzeniem z pleksiglasu. (Śmiech) Oto co robi. Wiatr wieje z dołu. To 10 razy zwolniony film. Robi bardzo wyważony ślizg równoważący. To niesamowite, ale też pięknie wychodzi na zdjęciu. To niesamowite, ale też pięknie wychodzi na zdjęciu. Podczas ślizgu manewruje w powietrzu. Macha ogonem, by skręcić w prawo lub w lewo. Macha ogonem, by skręcić w prawo lub w lewo. Możemy tak manewrować. Musieliśmy kręcić kilka razy, żeby uwierzyć. Wyszło coś takiego, zobaczcie. Macha ogonem jak delfin. Płynie w powietrzu. Macha ogonem jak delfin. Płynie w powietrzu. Spójrzcie na przednie nogi. Czy stąd wziął się pomysł lotu za pomocą machania? Może źródłem było spadanie z drzew i próba kontroli ślizgu? Ciąg dalszy nastąpi. (Śmiech)
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.
Zastanawialiśmy się, czy mogą dzięki temu sterować. Czy te predyspozycje pozwolą im trafić do celu? Tu mamy tunel powietrzny. Wydaje się, że tak. Lepiej to widać od dołu. Wydaje się, że tak. Lepiej to widać od dołu. Spójrzcie. Zbliża się do celu. Patrzcie na ruch ogona. Niesamowite. Patrzcie na ruch ogona. Niesamowite.
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.
To nas zdezorientowało, bo nic nie wiadomo o takim szybowaniu. Trzeba było to sprawdzić w naturze. Trzeba było to sprawdzić w naturze. W odróżnieniu od filmów przyrodniczych. Czy w naturze gekony naprawdę szybują? Pojechaliśmy do lasów Singapuru i Azji. Pierwszy raz pokazuję ten film.
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.
Jest autentyczny, bez inscenizacji. Czerwona linia trajektorii szybowania. Na jej końcu zwierzę. Kiedy zbliża się do drzewa, czy widzicie, jak ląduje? Zbliża się. Gekon jest na końcu tej linii. Patrzcie jak się zbliża. Widzicie lądowanie? Patrzcie jak się zbliża. Widzicie lądowanie? Też używa ogona, tak samo jak w laboratorium. Też używa ogona, tak samo jak w laboratorium.
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)
Mutualizm trwa; zasugerowaliśmy inżynierom stworzenie aktywnego ogona. Oto pierwszy taki ogon u robota zbudowanego przez Boston Dynamics. Uważam, że należy pracować na biomutualizmem. Zwiększy to szybkość odkryć. Trzeba fundamentalnie zmienić system edukacji, by zrównoważyć specjalizację z interdyscyplinarnością. Uczyć, jak rozwijać inne dyscypliny i jak z nich czerpać. Potrzeba do tego chętnych i środowiska. Czy to w ochronie, ratownictwie czy zdrowiu, należy zachować wzory natury, albo zginą na zawsze. należy zachować wzory natury, albo zginą na zawsze. Po wystąpieniu naszego nowego prezydenta jestem optymistą. Dziękuję. (Brawa)