مرحبا، إن أمكن أن تظهروا الشريحة الأولى من فضلكم؟ خلافا للحسابات المجراة من قبل بعض المهندسين، النحل يمكنه الطيران، والدولفين يمكنه السباحة والوزغات يمكنها تسلق أكثر الأسطح سلاسة. الآن ما أريد القيام به، في الوقت الضيق المتاح لي، هو محاولة إتاحة الفرصة لكل منكم لتجربة، نوعا ما، إثارة الكشف عن تصاميم الطبيعة. يتاح لي القيام بذلك طوال الوقت، وهو أمر مذهل. أريد أن أحاول مشاركة جزء بسيط منه في هذا العرض. تحدي النظر في تصاميم الطبيعة -- وسأخبركم عن الطريقة التي نتصوره بها، والطريقة التي استخدمناه لها. التحدي بالطبع، هو الجواب عن هذا السؤال: ما الذي يسمح بهذا الأداء الخارق للحيوانات الذي يسمح لهم أساسا بالذهاب إلى أي مكان؟ وإن استطعنا معرفة كيف يمكننا تنفيذ تلك التصاميم؟
Welcome. If I could have the first slide, please? Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly, dolphins can swim, and geckos can even climb up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have, is to try to allow each of you to experience the thrill of revealing nature's design. I get to do this all the time, and it's just incredible. I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation. The challenge of looking at nature's designs -- and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it. The challenge, of course, is to answer this question: what permits this extraordinary performance of animals that allows them basically to go anywhere? And if we could figure that out, how can we implement those designs?
حسنا، الكثير من علماء الأحياء سيقولون للمهندسين وآخرين، الكائنات الحية أتيحت لها ملايين السنين لتتقنها، إنها مذهلة، تستطيع القيام بأي شيء بغاية الروعة. لذلك الجواب هو تقليد الطبيعة -- فقط نسخ الطبيعة مباشرة. نعلم من خلال العمل على الحيوانات أن الحقيقة هي أنه بالضبط ما لا تريد القيام به. لأن التطور يشتغل بمبدأ حسن بما فيه الكفاية فقط، ليس بمبدأ المثالية. والقيود المطروحة في بناء أي كائن حي حين تنظر إليه هي فعلا صارمة. التقانة الطبيعية لها قيود لا تصدق. فكروا في الأمر. إن كنت مهندسا وأخبرتك أنه عليك بناء سيارة لكن عليها أن تبدأ بكونها بهذا الحجم، ثم عليها أن تنموا لتصبح في حجم كامل وعليها ان تبقى تعمل في كل خطوة على الطريق. فكروا في حقيقة أنه إن صنعتم سيارة سأخبركم أنه داخلها عليكم أن تضعوا مصنعا يتيح إمكانية صناعة سيارة أخرى.
Well, many biologists will tell engineers, and others, organisms have millions of years to get it right; they're spectacular; they can do everything wonderfully well. So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly. We know from working on animals that the truth is that's exactly what you don't want to do -- because evolution works on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle. And the constraints in building any organism, when you look at it, are really severe. Natural technologies have incredible constraints. Think about it. If you were an engineer and I told you that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big, then it had to grow to be full size and had to work every step along the way. Or think about the fact that if you build an automobile, I'll tell you that you also -- inside it -- have to put a factory that allows you to make another automobile.
(ضحك)
(Laughter)
ولن يمكنكم أبدا، أبدا، بسبب التاريخ والخطة الموروثة، أن تبدؤوا بصفحة بيضاء. وهكذا فإن الكائنات الحية لها هذا التاريخ المهم. فعلا التطور يشتغل أشبه عامل مبتدئ أكثر من مهندس. وهذا بالفعل مهم حين تبدأ في النظر إلى الحيوانات. بدلا من ذلك نعتقد أنك تحتاج إلى ان تلهم من طرف علم الأحياء. تحتاج إلى أن تكتشف المبادئ العامة للطبيعة، وثم تستخدم هذه القياسات حين تكون مفيدة. هذا تحد حقيقي للقيام بالأمر لأن الحيوانات، حين تبدأ بالفعل في النظر داخلها، كيف تعيش، تبدوا معقدة بشكل ميؤوس منه. ليس هناك تاريخ مفصل لمخططات التصميم، وليس في إمكانكم أن تذهبوا للبحث عنها في أي مكان. لديهم الكثير جدا من الحركات لمفاصلهم، الكثير من العضلات، وحتى أبسط حيوان يمكننا التفكير فيه، شيء مثل حشرة، ولديهم من الخلايا العصبية والروابط أكثر مما يمكنكم تخيله.
And you can absolutely never, absolutely never, because of history and the inherited plan, start with a clean slate. So, organisms have this important history. Really evolution works more like a tinkerer than an engineer. And this is really important when you begin to look at animals. Instead, we believe you need to be inspired by biology. You need to discover the general principles of nature, and then use these analogies when they're advantageous. This is a real challenge to do this, because animals, when you start to really look inside them -- how they work -- appear hopelessly complex. There's no detailed history of the design plans, you can't go look it up anywhere. They have way too many motions for their joints, too many muscles. Even the simplest animal we think of, something like an insect, and they have more neurons and connections than you can imagine.
كيف يمكنك أن تعقلن هذا؟ طيب، نعتقد -- ونفترض -- أنه بطريقة واحدة يمكن للحيوانات أن تشتغل ببساطة، وهي إن كان التحكم في حركاتهم يميل إلى كونه مدمج في أجسادهم أنفسها. ما اكتشفناه هو أنه ثنائية ورباعية وسداسية وثمانية الأرجل من الحيوانات كلها تطبق نفس القوة على السطح حين تتحرك. كلها تشتغل مثل الكنغر، تقوم بالإرتداد. ويمكن أن تنمذج بنظام مخمد الكتلة الذي نسميه نظام مخمد الكتلة لأننا ميكانيكو أحياء، إنه في الحقيقة عصا القفز. كلها تنتج نمط عصا القفز. كيف يكون ذلك صحيحا؟ طيب، كإنسان، واحدة من رجليك، تشتغل مثل اثنتين عند كلب داب، أو كثلاثة أرجل مجتمعة عند حشرة دابة، أو أربع أرجل كواحدة عند سلطعون داب. وهكذا يناوبون في الإسناد، لكن الأنماط هي متشابهة كلها. وتقريبا كل كائن حي نظرنا إليه بهذه الطريقة -- سترون في الأسبوع المقبل -- سأعطيكم تلميحا، سيكون هناك مقال سيصدر يقول بأن الأشياء الكبيرة بالفعل مثل T.Rex تستطيع ربما القيام بهذا، لكن سترون في الأسبوع المقبل.
How can you make sense of this? Well, we believed -- and we hypothesized -- that one way animals could work simply, is if the control of their movements tended to be built into their bodies themselves. What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals all produce the same forces on the ground when they move. They all work like this kangaroo, they bounce. And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system because we're biomechanists. It's actually a pogo stick. They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true? Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog, or works like three legs, together as one, of a trotting insect, or four legs as one of a trotting crab. And then they alternate in their propulsion, but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way -- you'll see next week, I'll give you a hint, there'll be an article coming out that says that really big things like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
الآن الذي يهم هو الحيوانات ثم نقول أنها ترتد على طول المستوى العمودي بهذه الطريقة، وفي تعاوننا مع Pixar في "حياة حشرة،" تناقشنا حول الطبيعة الثنائية القدم لخصائص النمل. وقلنا لهم بالطبع إنها تتحرك في مستويات أخرى كذلك، وطرحوا علينا هذا السؤال. قالو، "لماذا النمذجة فقط في المستوى العرضي أو المستوى العمودي، في حين تخبروننا أن هذه الحيوانات تتحرك في المستوى الأفقي؟" هذا سؤال جيد. لا أحد في علوم الأحياء قام أبدا بالنمذجة بهذه الطريقة. أخذنا بنصيحتهم وقمنا بنمذجة الحيوانات تتحرك على المستوى الأفقي كذلك. أخذنا أرجلها الثلاثة، جمعناها على أنها واحدة، جمعنا بعضا من أفضل علماء الرياضيات في العالم من جامعة برينستون للعمل على هذا المشكل. وقد استطعنا أن ننشئ نموذجا حيث الحيوانات لا ترتد فقط صعودا ونزولا، لكن كذلك عرضيا في نفس الوقت. والكثير من الكائنات الحية تناسب هذا النوع من النمط. الآن لماذا من المهم الحصول على هذا النموذج؟ لأنه مثير جدا للإهتمام. حين تأخذ هذا النموذج وتشوشه، تعطيه دفعة، وهو يرتد نحو شيئ ما، يستقر ذاتيا، بدون دماغ، أو ردود فعل، فقط بالبنية وحدها. إنه نموذج جميل. دعونا ننظر إلى الرياضيات.
Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar, in "A Bug's Life," we discussed the bipedal nature of the characters of the ants. And we told them, of course, they move in another plane as well. And they asked us this question. They say, "Why model just in the sagittal plane or the vertical plane, when you're telling us these animals are moving in the horizontal plane?" This is a good question. Nobody in biology ever modeled it this way. We took their advice and we modeled the animals moving in the horizontal plane as well. We took their three legs, we collapsed them down as one. We got some of the best mathematicians in the world from Princeton to work on this problem. And we were able to create a model where animals are not only bouncing up and down, but they're also bouncing side to side at the same time. And many organisms fit this kind of pattern. Now, why is this important to have this model? Because it's very interesting. When you take this model and you perturb it, you give it a push, as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain or no reflexes, just by the structure alone. It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
(ضحك)
(Laughter)
هذا يكفي.
That's enough!
(ضحك)
(Laughter)
الحيوانات، حين تنظر إليها وهي تجري، تبدوا وكأنها تستقر ذاتيا هكذا، باستعمال أرجل زنبركية أساسا. هذا يعني، الرجل يمكنها أن تنجز خوارزمية التحكم بمعنى ما مدمجة في شكل الحيوان نفسه. لماذا لم نكن أكثر إلهاما من الطبيعة وهذا النوع من الإكتشافات؟ حسنا، أنا أزعم أن التقانات الإنسانية هي فعلا مختلفة عن التقانات الطبيعية، على الأقل كانت كذلك لحد الآن. فكروا في النوع القياسي للإنسان الآلي الذي ترونه. التقانات الإنسانية تميل إلى كونها كبيرة ومسطحة، مع زوايا سوية وصلبة ومصنوعة من المعدن. مع أجهزة زالجة ومحاور. هناك عدد قليل جدا من المحركات، عدد قليل جدا من أجهزة الإستشعار. في حين الطبيعة تميل إلى كونها صغيرة، متقوسة، وتنحني وتبرم ولها أرجل بدلا عن الزوائد، ولديها الكثير من العضلات والكثير، الكثير من أجهزة الإستشعار. وهكذا فهو تصميم مختلف جدا. ومع ذلك، ما يتغير، ما يثير بالفعل -- وسأريكم بعضا من ذلك لاحقا -- هو أنه كما أن التقانة الإنسانية تأخذ على أكثر من خصائص الطبيعة، آنذاك الطبيعة بالفعل يمكنها أن تصبح معلمة أكثر نفعا بكثير.
The animals, when you look at them running, appear to be self-stabilizing like this, using basically springy legs. That is, the legs can do computations on their own; the control algorithms, in a sense, are embedded in the form of the animal itself. Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries? Well, I would argue that human technologies are really different from natural technologies, at least they have been so far. Think about the typical kind of robot that you see. Human technologies have tended to be large, flat, with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices and axles. There are very few motors, very few sensors. Whereas nature tends to be small, and curved, and it bends and twists, and has legs instead, and appendages, and has many muscles and many, many sensors. So it's a very different design. However, what's changing, what's really exciting -- and I'll show you some of that next -- is that as human technology takes on more of the characteristics of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
وهنا مثال مثير حقا. هذا تعاون لدينا مع ستانفورد. وقد طوروا هذه التقنية الجديدة أسموها تصنيع شكل الترسيب. إنها تقنية حيث يمكن أن تخلط المواد مع بعضها وتقولب أي شكل يريدونه، وتضع خصائص المادة. يستطيعون دمج أجهزة استشعار ومحركات على الشكل نفسه. على سبيل المثال، هنا رجل -- الجزء الواضح صلب، الجزء الأبيض متوافق، ولا تحتاج أي محاور هناك أو أي شيء. تنحني فقط لذاتها بشكل جميل. إذاً يمكن أن تضع تلك الخواص فيها. ألهمتهم أن يتباهوا بهذا التصميم بإنتاج روبوت صغير أسموه Sprawl. عملنا قد ألهم كذلك روبوتا آخر، روبوت ارتداد ملهم أحيائيا، من جامعة ميتشيغان وماكغيل سمي RHex، والتي تعني روبوت سداسي الأرجل، وهذا مستقل بذاته. دعنا نذهب إلى الفيديو ودعوني أريكم بعض هذه الحيوانات تتحرك. ثم بعض الروبوتات البسيطة التي ألهمتها اكتشافاتنا. هذا ما قام به بعضكم هذا الصباح، مع أنكم قمتم به خارجا ليس في جهاز جري. هذا ما نفعله.
And here's one example that's really exciting. This is a collaboration we have with Stanford. And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing. It's a technique where they can mix materials together and mold any shape that they like, and put in the material properties. They can embed sensors and actuators right in the form itself. For example, here's a leg: the clear part is stiff, the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything. It just bends by itself beautifully. So, you can put those properties in. It inspired them to show off this design by producing a little robot they named Sprawl. Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot, from the University of Michigan and McGill named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous. Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving and then some of the simple robots that have been inspired by our discoveries. Here's what some of you did this morning, although you did it outside, not on a treadmill. Here's what we do.
(ضحك)
(Laughter)
هذا صرصور من نوع (death's head) -- هذا صرصور أمريكي والذي تعتقدون أنكم لا يوجد في مطبخكم. هذا عقرب ثماني الأرجل، نملة سداسية الأرجل، أم أربعة وأربعين. الآن قلت أن كل هذه الحيوانات تعمل نوعا ما كعصي قفز -- إنها ترتد على طول وهي تتحرك ويمكنكم رؤية ذلك وفي حالة هذا السلطعون الشبح من شواطئ بناما ونورث كارولينا. تصل إلى أربعة أمتار في الثانية حين يجري. هو في الحقيقة يقفز في الهواء ولديه أطوار جوية حين يقوم بذلك، كحصان، وسترونه يرتد هنا. الذي اكتشفناه هو أنه سواء نظرت إلى رجل إنسان مثل ريتشارد، أو صرصور، أو سلطعون أو كنغر، صلابة الرجل النسبية لهذا النابض هي نفسها لكل ما قد رأيناه لحد الآن. الآن ما الجيد في الأرجل النابضة إذاً، ما الذي يمكنها القيام به؟ حسنا، أردنا أن نرى إن كانت تسمح لهذه الحيوانات أن تكون لها ثباتا وقدرة مناورة أعظم. وبالتالي أنشأنا بقعة فيها عوائق أكثر ارتفاعا بثلاثة مرات من ارتفاع ورك الحيوانات التي نراها، وكنا متأكدين أنها لن تستطيع القيام بهذا. وهذا ما قاموا به. الحيوان دهسها ولم يبطئ حتى. لم يخفض من سرعته المفضلة على الإطلاق. لم نستطيع أن نصدق أنه بإمكانه القيام بذلك. قد قالت لنا أنه إن أمكنك أن تصنع روبوتا بأرجل نابضية بسيطة، يمكنك أن تجعله قادرا على المناورة أكثر من أي روبوت تم إنشاؤه.
This is a death's head cockroach. This is an American cockroach you think you don't have in your kitchen. This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede. Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks -- they're bouncing along as they move. And you can see that in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina. It goes up to four meters per second when it runs. It actually leaps into the air, and has aerial phases when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here. What we discovered is whether you look at the leg of a human like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo, the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far. Now, what good are springy legs then? What can they do? Well, we wanted to see if they allowed the animals to have greater stability and maneuverability. So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height of the animals that we're looking at. And we were certain they couldn't do this. And here's what they did. The animal ran over it and it didn't even slow down! It didn't decrease its preferred speed at all. We couldn't believe that it could do this. It said to us that if you could build a robot with very simple, springy legs, you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
هنا أول مثال على ذلك، هذا روبوت مصنع بطريقة ترسيب الشكل من ستانفورد سمي Sprawl. لديه ستة أرجل -- هنا الأرجل النابضة المضبوطة. تتحرك بمشية الحشرة وها هي هنا تتحرك في آلة الجري. الآن المهم حول هذا الروبوت، بالمقارنة مع الروبوتات الأخرى، هو أنه لا يمكنه رؤية أي شيء، لا يمكنه الشعور بأي شيء، ليس لديه دماغ، ومع ذلك يمكنه أن يناور فوق هذه العوائق بدون أي صعوبة تذكر. إنها تقنية إنشاء الخصائص في الشكل هذه. هذا طالب دراسات عليا، هذا ما يقوم به في مشروع أطروحته، شاق جدا إن طالب دراسات عليا قام بهذا كمشروع أطروحته.
Here's the first example of that. This is the Stanford Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl. It has six legs -- there are the tuned, springy legs. It moves in a gait that an insect uses, and here it is going on the treadmill. Now, what's important about this robot, compared to other robots, is that it can't see anything, it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver over these obstacles without any difficulty whatsoever. It's this technique of building the properties into the form. This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project -- very robust, if a graduate student does that to his thesis project.
(ضحك)
(Laughter)
هذا من ماكغيل وجامعة ميتشيغان، هذا هو الRHex، يقوم بأول خرجة له كعرض.
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
(ضحك)
(Laughter)
نفس المبدأ. يمتلك فقط ستة أجزاء متحركة. ستة محركات، لكنه يتوفر على أرجل نابضية ومضبطة. يتحرك في مشية الحشرة الرجل الوسطى لديه تتحرك في تزامن مع الواجهة والرجل الخلفية في الجهة الأخرى. نوع من ثلاثي أرجل تناوبي، وتستطيع التغلب على العوائق تماما كالحيوان.
Same principle: it only has six moving parts, six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect. It has the middle leg moving in synchrony with the front, and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod, and they can negotiate obstacles just like the animal.
(ضحك)
(Laughter)
يا إلهي.
(Voice: Oh my God.)
(تصفيق)
(Applause)
سيذهب في أسطح مختلفة، هنا الرمل، على الرغم من أننا لم نقم بإتمام القدم بعد، لكن سأتحدث عن ذلك لاحقا. هنا RHex يدخل الغابة.
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand -- although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later. Here's RHex entering the woods.
(ضحك)
(Laughter)
مجددا هذا الروبوت لا يستطيع رؤية أي شيء، لا يستطيع الشعور بأي شيء، ليس لديه دماغ. يشتغل فقط عن طريق نظام ميكانيكي مضبوط، بأجزاء بسيطة جدا. لكن ملهمة من أساسيات دينامية الحيوان. أوه، إني أحبه يا بوب. هاهو هنا يسير نزولا في طريق. قمت بعرض هذا على مختبر الدفع النفاث في NASA، وقالوا أنهم ليست لديهم أي قدرة على الذهاب نزولا في الحفر للبحث عن الثلج، والحياة أساسا، في المريخ. وقال -- خصوصا مع الروبوت ذي الأرجل لأنها معقدة جدا. لا شيء يمكنه القيام بذلك. وتحدثت لاحقا. أريتهم هذا الفيديو بهذا التصميم البسيط ل RHex هنا، وفقط لإقناعهم بأنه علينا الذهاب إلى المريخ في 2011، لونت الفيديو بالبرتقالي فقط لإعطائهم معنى الوجود في المريخ.
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything, it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system, with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal. (Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway. I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said that they had no ability to go down craters to look for ice, and life, ultimately, on Mars. And he said -- especially with legged-robots, because they're way too complicated. Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video with the simple design of RHex here. And just to convince them we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange just to give them the sense of being on Mars.
(ضحك)
(Laughter)
(تصفيق)
(Applause)
سبب آخر لماذا الحيوانات لديها أداء خارق ويمكنها الذهاب إلى أي مكان، هو أنها لديها تفاعل ناجح مع المحيط. الحيوان الذي سأريكم إياه الذي درسناه للنظر في الأمر هو الوزغة. لدينا واحد هنا ولاحظوا موضعه. إنه متمسك. الآن سأتحداكم. سأريكم فيديو. أحد الحيوانات سيقوم بالجري في المستوى، وآخر يجري صعودا على الجدار. أيهما أي واحد؟ تتحرك بمتر في الثانية. كم منكم يظن أن الذي على اليسار يجري صعودا على الجدار؟
Another reason why animals have extraordinary performance, and can go anywhere, is because they have an effective interaction with the environment. The animal I'm going to show you, that we studied to look at this, is the gecko. We have one here and notice its position. It's holding on. Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video. One of the animals is going to be running on the level, and the other one's going to be running up a wall. Which one's which? They're going at a meter a second. How many think the one on the left is running up the wall?
(تصفيق)
(Applause)
حسنا. الغرض هو أنه فعلا يصعب التفريق، أليس كذلك؟ أمر لا يصدق، أملنا أن يقوم الطلبة بالقيام بذلك ولم يستطيعوا. تستطيع الجري صعودا في الجدار بسرعة متر في الثانية، 15 خطوة في الثانية وتبدوا كأنها تجري على المستوى. كيف تقوم بذلك؟ إنه أمر استثنائي. الذي على اليمين كان يجري صعودا في التل. كيف يمكنها القيام بذلك -- لديها أصابع قدم عجيبة -- لديها أصابع قدم تنسدل مثل بالونات الحفل حين تنفخها، ثم تقشر السطح كشريط لاصق. وكأنه لدينا قطعة من شريط لاصق وقشرناه الآن بهذه الطريقة. يفعلون ذلك بأصابع أقدامهم. إنه عجيب. هذا التقشير ألهم iRobot التي نشتغل معها، لإنشاء Mecho-Geckos. هنا نسخة بالأرجل ونسخة الجرارة أو نسخة الجرافة. دعونا نرى بعض الوزغات تتحرك في الفيديو، ثم سأريكم مقطعا قصيرا للروبوتات. هنا الوزغة تجري صعودا في سطح عمودي، هاهي تتحرك، بالوقت الفعلي، هنا تتحرك مجددا. من الواضح أنه علينا أن نبطئ هذا قليلا.
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible, we looked at students do this and they couldn't tell. They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second, and they look like they're running on the level. How do they do this? It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill. How do they do this? They have bizarre toes. They have toes that uncurl like party favors when you blow them out, and then peel off the surface, like tape. Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way. They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos. Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version. Let's see some of the geckos move with some video, and then I'll show you a little bit of a clip of the robots. Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes, in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
لا تستطيعون استخدام كامرات عادية. يجب أن تأخذوا 1,000 صورة في الثانية لرؤية هذا. وهنا فيديو ب1,000 صورة في الثانية. الآن أريدكم أن تنظروا إلى ظهر الحيوان. هل ترون كم يتقوس كهذا؟ لا نستطيع استيعاب ذلك -- ذاك غموض لم يحل. لا نعرف كيف يشتغل. إن كان لديكم ابن أو بنت يريد أن يأتي إلى بيركيلي، تعالوا إلى مختبري وسنستوعبه معا. حسنا، أرسلوهم إلى بيركيلي لأنه ذاك هو ثاني شيء أريد القيام به. هنا مصنع الوزغات.
You can't use regular cameras. You have to take 1,000 pictures per second to see this. And here's some video at 1,000 frames per second. Now, I want you to look at the animal's back. Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out -- that's an unsolved mystery. We don't know how it works. If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley, come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
(ضحك)
(Laughter)
هذه رؤية من خلال جهاز جري بحزام يسمح بالرؤية من خلاله، ليمكننا مشاهدة أقدام الحيوانات، والفيديو يصورهم من خلال حزام جهاز الجري، لرؤية كيف تتحرك. هنا الحيوان الذي لدينا هنا، يجري في مستوى عمودي، اختاروا قدما وحاولوا مشاهدة أصبع، وانظروا إن أمكنكم رؤية ما يقوم به الحيوان. سترون أنه يسدل ثم يقشر تلك الأصابع. تستطيع القيام بذلك في 14 ميلي ثانية. إنه أمر لا يصدق. هنا الروبوتات التي ألهمت، ال Mecho-Geckos من طرف iRobot. أولا سنرى أصابع قدم الحيوانات تقشر -- أنظروا إلى ذلك. وهنا حركة التقشير في ال Mecho-Gecko تستخدم لاصقا حساسا للضغط للقيام بذلك. التقشير في الحيوان، والتقشير في الMecho-Gecko، ذلك يتيح لهم تسلقا مستقلا قد يكون في الأسطح المستوية الإنتقال إلى جدار، ثم التحرك على السقف. تلك نسخة الجرافة. الآن لا تستخدم اللصاق الحساس للضغط. الحيوان لا يستخدم ذلك. لكن هذا ما نحن مقيدون به الآن.
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt, so we can watch the animal's feet, and videotape them through the treadmill belt, to see how they move. Here's the animal that we have here, running on a vertical surface. Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing. See it uncurl and then peel these toes. It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable. Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot. First we'll see the animals toes peeling -- look at that. And here's the peeling action of the Mecho-Gecko. It uses a pressure-sensitive adhesive to do it. Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko -- that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface, transition to a wall, and then go onto a ceiling. There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue. The animal does not use that. But that's what we're limited to, at the moment.
ما الذي يقوم به الحيوان؟ الحيوان له أصابع قدم غريبة، وإن نظرنا إلى أصابع القدم لديها أوراق صغيرة هناك، وإن نفخت فيها وقربت الصورة سترى أن هناك تصدعات صغيرة في هذه الأوراق. وإن قربت 270 مرة، سترى أنها تبدوا مثل بساط. وإن نفختها، وقربت الصورة ب900 مرة، ترى أن هناك شعيرات، شعيرات دقيقة، وإن نظرت بإمعان تلك الشعيرات الدقيقة لديها تصدعات. وإن قربت الصورة ب30,000 مرة، سترى أن لكل شعيرة نهاية متصدعة. وإن نفخت أولئك لديهم تلك البنيات الصغيرة في النهاية. أصغر فروع هذه الشعيرات يبدو مثل ملعقة الصيدلي وحيوان كهذا لديه مليار من هذه النهايات المتصدعة النانوية الحجم لكي يقترب بقدر الإمكان من السطح. في الحقيقة هذا قطر شعركم، الوزغة لديها مليونان من تلك وفي كل شعيرة 100 إلى 1,000 نهاية متصدعة. فكروا في حجم التلامس الممكن هنا.
What does the animal do? The animal has weird toes. And if you look at the toes, they have these little leaves there, and if you blow them up and zoom in, you'll see that's there's little striations in these leaves. And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug. And if you blow that up, and zoom in 900 times, you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully, those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times, you'll see each hair has split ends. And if you blow those up, they have these little structures on the end. The smallest branch of the hairs looks like spatulae, and an animal like that has one billion of these nano-size split ends, to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair -- a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends. Think of the contact of that that's possible.
كنا محظوظين للعمل مع مجموعة أخرى في ستانفورد والتي أنشأت لنا استشعار مأهولية خاص بحيث كنا قادرين على قياس قوة شعيرة منفردة. هنا شعيرة منفردة مع نهاية متصدعة هناك، حين قمنا بقياس القوى كانت هائلة، كانت في غاية القوة بحيث أن جزء من الشعيرات بحوالي هذا الحجم، قدم الوزغة تستطيع تحمل وزن طفل صغير -- حوالي 40 رطلا بسهولة. الآن كيف تقوم بذلك؟ قمنا مؤخرا باكتشاف ذلك. هل تقوم بذلك عن طريق الإحتكاك؟ لا، القوة ضعيفة جدا. هل تقوم بذلك عن طريق الكهرباء الساكنة؟ لا، يمكن أن تغير الشحنة، وتبقى متمسكة. هل يقومون بذلك عن طريق المشابكة؟ ذاك نوع من لصاقات فيلكرو. لا، يمكنك وضعها في سطح أملس جزيئيا -- لا يقومون بذلك. ماذا عن الرشف؟ يستطيعون الإلتصاق في الفراغ. ماذا عن الإلتحام؟ أو الإلتحام الرفيع؟ ليست لديهم أي لصاق وقد التصقت تحت الماء حتى بشكل ممتاز. إن وضعت قدمها تحت الماء تبقى ممسكة. كيف تقوم بذلك إذاً؟ صدق أو لا تصدق تستطيع التمسك عن طريق قوى الجزيئات ، قوى فان دير فال.
We were fortunate to work with another group at Stanford that built us a special manned sensor, that we were able to measure the force of an individual hair. Here's an individual hair with a little split end there. When we measured the forces, they were enormous. They were so large that a patch of hairs about this size -- the gecko's foot could support the weight of a small child, about 40 pounds, easily. Now, how do they do it? We've recently discovered this. Do they do it by friction? No, force is too low. Do they do it by electrostatics? No, you can change the charge -- they still hold on. Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing. No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it. How about suction? They stick on in a vacuum. How about wet adhesion? Or capillary adhesion? They don't have any glue, and they even stick under water just fine. If you put their foot under water, they grab on. How do they do it then? Believe it or not, they grab on by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
تعلمون أنكم غالبا قد درستم هذا قبل مدة طويلة في الكيمياء حين كانت لديكم تلك الذرتان، تكون قريبة لبعضها، والألكترونات تتحرك. تلك القوة الدقيقة كافية للسماح لها بالقيام بذلك لأنها تتجمع مرات كثيرة مع تلك البنيات الصغيرة. الذي سنقوم به هو أخذ ذلك الإلهام المستوحى من الشعيرات، ومع زميل آخر في بيركيلي، نقوم بتصنيعهم. ومؤخرا فقط قد وصلنا إلى تقدم معرفي مفاجئ يجعلنا نعتقد أننا سنكون قادرين على إنشاء أول لحام جاف اصطناعي وينظف ذاتيا. العديد من الشركات مهتمة بهذا.
You know, you probably had this a long time ago in chemistry, where you had these two atoms, they're close together, and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient to allow them to do that because it's added up so many times with these small structures. What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs, and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them. And just recently we've made a breakthrough, where we now believe we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning, dry adhesive. Many companies are interested in this.
(ضحك)
(Laughter)
وقد عرضناه لNike حتى.
We also presented to Nike even.
(ضحك)
(Laughter)
(تصفيق)
(Applause)
سنرى إلى أين يذهب هذا. كنا جد متحمسين حول هذا أن أدركنا أن ذلك المستوى ذي الحجم الصغير، وحيث كل شيء يصبح لزجا، والجاذبية لا تهم بعد ذلك، احتجنا إلى النظر إلى النمل وأقدامها، لأن أحد زملائي في بيركيلي، قد صنع روبوتا سيليكونيا من ستة ميليمترات بأرجل. لكنها تلتصق. لا تتحرك بشكل جيد. لكن النمل يفعل وسنكتشف لماذا، بحيث أنه في النهاية سنقوم بهذه الحركة. وتخيلوا، ستكونون قادرين على جعل أسراب من روبوتات من ستة ميليمترات متوافرة للف والدوران. إلى أين يصل هذا؟ أظن أنه يمكنكم رؤيته بالفعل.
We'll see where this goes. We were so excited about this that we realized that that small-size scale -- and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore -- we needed to look at ants and their feet, because one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well. But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately we'll make this move. And imagine: you're going to be able to have swarms of these six-millimeter robots available to run around. Where's this going? I think you can see it already.
من الواضح أن الأنترنيت لها بالفعل آذان وعيون، لديكم كامرات ويب وهكذا دواليك. لكنه سيتوفر كذلك على أرجل وأيدي. ستكونون قادرين على القيام بعمل قابل للبرمجة عن طريق هذا النوع من الروبوتات، بحيث يمكنك الجري، الطيران والسباحة في كل مكان. رأينا في بداية ذلك دايفيد كيلي مع سمكته. إذاً في الختام ، أظن أن الرسالة واضحة. إن كنتم بحاجة إلى رسالة، إن كانت الطبيعة غير كافية، إن كنتم تهتمون ب البحث والإنقاذ، أو نزع الألغام، أو الطب، أو الأمور المتنوعة التي نشتغل عليها، يجب علينا أن نحافظ على تصاميم الطبيعة، وإلا هذه الأسرار ستفقد إلى الأبد. شكرا لكم.
Clearly, the Internet is already having eyes and ears, you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands. You're going to be able to do programmable work through these kinds of robots, so that you can run, fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish. So, in conclusion, I think the message is clear. If you need a message, if nature's not enough, if you care about search and rescue, or mine clearance, or medicine, or the various things we're working on, we must preserve nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever. Thank you.
(تصفيق)
(Applause)