Velkommen. Må jeg bede om det første billede, tak? Modsat udregninger udført af visse ingeniører, så kan bier flyve, delfiner kan svømme, og gekkoer kan sågar klatre op ad selv de glatteste overflader. Nuvel. Det, jeg ønsker at gøre på den korte tid, jeg har, er at forsøge at lade hver enkelt af jer opleve, på en måde, den fornøjelse det er at afsløre naturens design. Jeg har lejlighed til at gøre det hele tiden, og det er simpelthen fantastisk. Jeg vil prøve at dele bare en smule af det med jer gennem denne præsentation. Udfordringen ved at studere naturens design -- og jeg forklarer måden, vi betragter det på, og hvordan vi bruger det. Udfordringen er naturligvis at besvare dette spørgsmål: Hvad tillader denne uovertrufne præstation hos dyr, der tillader dem at leve næsten overalt? Og hvis vi kunne regne dét ud, hvordan vi kan selv gøre brug af disse udformninger?
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?
Mange biologer vil sige til ingeniører og andre, at organismerne har haft millioner af år til at regne tingene ud, de er storslåede, de kan gøre alt vidunderligt godt. Så svaret er bio-efterligning -- bare kopier naturen direkte. Fra at arbejde med dyr ved vi, at sandheden er, at det er nøjagtig hvad vi ikke skal gøre. For evolution fungerer ud fra tilstrækkelighedsprincippet, og ikke ud fra et princip om, at noget skal være perfekt. Og begrænsningerne i at bygge en hvilken som helst organisme er er virkelig store. Naturlige teknologier har utrolige begrænsninger. Tænk over det. Tænk, hvis du var ingeniør, og jeg bad dig bygge en automobil, der i starten skulle have denne størrelse, derefter skulle vokse til fuld størrelse, og som skulle fungere fejlfrit undervejs. Tænk over, at hvis du bygger en automobil, så beder jeg dig sørge for, at der indeni også er en fabrik, der kan skabe endnu en automobil.
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.
(Latter)
(Laughter)
Og du kan aldrig, absolut aldrig, på grund af historien og den indbyggede plan, begynde med en ren tavle. Så organismer har denne vigtige historie. Evolution fungerer faktisk mere som en opfinder end som en ingeniør. Og dette er virkelig vigtigt, når man studerer dyr. I stedet for mener vi, at man skal lade sig inspirere af biologi. Man skal finde naturens generelle principper, og så bruge disse analogier, når de er fordelagtige. Det er en sand udfordring at gøre dette fordi dyr, når man virkelig studerer, hvordan de fungerer, virker håbløst komplekse. Der findes ingen detaljeret historik af grundtegningen, man kan ikke slå det op nogen steder. De har for mange bevægelser i deres led, for mange muskler, selv det simpleste dyr, for eksempel et insekt, og de har flere neuroner og forbindelser, end du kan forstille dig.
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.
Hvordan kan du finde hoved og hale i dette? Tja, vi troede --- og vi opstillede hypoteser om -- at en måde dyr kunne fungere simpelt er, hvis deres bevægelsesstyring hovedsageligt var indbygget i deres kroppe. Hvad vi opdagede var, at to-, fire-, seks- og ottebenede dyr alle frembringer de samme energier på overfladen, når de bevæger sig. De fungerer alle som denne kænguru, de springer. Og de kan modeleres efter et fjederstyrkesystem, som vi kalder et "fjederstyrkesystem", fordi vi er biomekanikere - det er i virkeligheden en kængurustylte. De producerer alle samme mønster som en kængurustylte. Hvordan kan det passe? Jo, et menneske, et af jeres ben, fungerer som to ben på en hund der lunter, eller som tre ben tilsammen på et luntende insekt, eller fire ben på en luntende krabbe. De skiftes i fremdriften, men mønstrene er alle de samme. Næsten alle organismer, som vi har studeret på denne måde, -- det kommer i næste uge -- jeg giver jer et fingerpeg, der udkommer en artikel som fortæller, at virkelig store dyr såsom T.Rex sandsynligvis ikke kunne dette, men det ved I mere om i næste uge.
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.
Det spændende er, at de dyr, som vi nævnte springer af sted over det lodrette plan sådan her, og i vores samarbejde med Pixar i "Græsrødderne," diskuterede vi myrefolkenes tobenede beskaffenhed. Og vi forklarede dem, at de naturligvis også bevæger sig i et andet plan, og de stillede de os dette spørgsmål. De sagde, "Hvorfor skal vi kun modellere det sagittale, eller lodrette, plan, når I nu siger, at disse dyr bevæger sig i det vandrette plan?" Det er et godt spørgsmål. Ingen inden for biologi har nogensinde modelleret det på den måde. Vi gjorde, som de sagde, og modellerede også dyrenes bevægelser i det horisontale plan. Vi tog deres tre ben, og samlede dem som ét, vi fik nogle af verdens bedste matematikere fra Princeton universitetet til at arbejde på udfordringen. Og vi var i stand til at skabe en model, hvor dyr ikke bare springer op og ned, men samtidig også fra side til side. Og mange organismer passer ind i denne type mønster. Nuvel, hvorfor er det vigtigt at have denne model? Fordi det er meget interessant. Når man tager denne model og påvirker den, giver den et skub, og den støder ind i noget, så selv-stabiliserer den, uden hjælp fra en hjerne, ej heller fra reflekser, alene ved hjælp af konstruktionen. Det en smuk model. Lad os kigge på matematikken bag.
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.
(Latter)
(Laughter)
Det vist rigeligt.
That's enough!
(Latter)
(Laughter)
Når man studerer dyr, mens de løber, virker de til at være selvstabiliserende som dette, grundlæggende ved brug af fjedrende ben. Det vil sige, at benene selv kan lave beregninger, kontrolalgoritmerne er på sin vis indbygget i dyrenes udformning. Hvorfor har vi ikke ladet os inspirere mere af naturen og denne slags opdagelser før? Tja, jeg mener, at menneskelige teknologier er fundamentalt forskellige fra naturlige teknologier, det har de i det mindste været hidtil. Tænk over den typiske type robot, man ser. Menneskelige teknologier har haft en tendens til store overflader, med rette vinkler, stive, skabt i metal. De har bevægende dele og aksler. Der er meget få motorer, meget få sensorer. Hvorimod naturen plejer at være lille, og buet, og den vender og drejer sig og har ben i stedet og har vedhæng, den har mange muskler og mange, mange sensorer. Så det er et meget anderledes design. Det, der er ved at ændre sig, det, der er virkelig spændende -- og jeg vil vise jer noget af det om lidt -- er, at efterhånden som menneskelig teknologi antager flere karaktertræk fra naturen, så kan naturen blive en meget mere hjælpsom lærer.
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.
Og her er et eksempel, der er virkelig spændende. Dette er et samarbejde, vi havde med Stanford universitetet. Og de udviklede en ny teknik, der kaldes 'formændringsfremstilling'. Det en teknik, hvor man kan blande materialer sammen og give dem en hvilken som helst form, og tillægge materialerne egenskaber. De kan indstøbe sensorer og styremotorer i selve formen. For eksempel er der her et ben. Den gennemsigtige del er hård, og den hvide del er eftergivende, og man behøver ingen aksler eller noget. Den bøjer smukt helt af sig selv. Så man kan indarbejde egenskaberne. Det inspirerede dem til at demonstrere dette design ved at fremstille en lille robot, som de kaldte Sprawl. Vores arbejde har også inspireret en anden robot, en biologisk inspireret springende robot, fra University of Michigan og McGill Universitetet. Den er døbt RHex, for 'robot hexapod' [6-fod], og den er selvstyrende. Lad os gå over til video, så jeg kan vise jer nogle af disse dyr i bevægelse. Og derefter nogle af de simple robotter, som vores opdagelser har inspireret. Her er, hvad nogle af jer gjorde i morges, om end I gjorde det udendørs og ikke på en trædemølle Her er, hvad vi gør.
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.
(Latter)
(Laughter)
Dette er en "Dødningehoved kakerlak", en amerikansk kakerlak, som I tror, ikke findes i jeres køkken. Dette er en otte-benet skorpion, en seks-benet myre, et fireogfyrre-benet tusindben. Nuvel, jeg sagde, at disse dyr stort set fungerer som kænguru stylter -- de springer af sted, når de bevæger sig, og man kan se dette hos denne spøgelseskrabbe fra Panamas kyst og North Carolina. Den bevæger sig op til fire meter i sekundet, når den løber. Den springer faktisk op i luften og har faser, hvor den er luftbåren. Når den gør det, er den som en hest - bemærk, hvordan den hopper her. Hvad vi opdagde er, at uanset om man studerer et menneskeben, som Richard, eller en kakerlak, eller en krabbe, eller en kænguru, så er fjedringens relative stivhed den samme for alt, hvad vi har studeret hidtil. Nå, hvad nytte har fjedrende ben så, hvad gør de godt for? Vi ønskede at undersøge, om det gav dyrene større stabilitet og manøvredygtighed. Så vi byggede et terræn, der havde forhindringer på tre gange hoftehøjden på de dyr, som vi studerede, og vi var overbeviste om, at de ikke kunne klare dette. Og her er hvad de gjorde. Dyret løb over dem og det sænkede ikke engang farten. Det nedsatte ikke sin foretrukne hastighed overhovedet. Vi kunne ikke tro vores egne øjene. Det fortalte os, at hvis man kunne bygge en robot med meget simple fjedrende ben, kunne man gøre den lige så menøvredygtig som nogen, der nogensinde er blevet bygget.
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.
Her er det første eksempel på dette, dette er Stanfords Shape Deposition Manufactured robot, Sprawl. Den har seks ben -- der er de tunede fjedrende ben. Den bruger samme gangart som et insekt, og her er den på trædemøllen. Det, der er vigtigt ved denne robot, sammenlignet med andre robotter, er, at den kan ikke se noget, den kan ikke føle noget, den har ikke en hjerne, og alligevel kan den manøvrere over disse forhindringer uden nogen som helst vanskeligheder. Det er teknikken med at bygge egenskaberne ind i formen. Dette er en dimitterende student, dette er hvad han gør ved sit afgangsprojekt, meget robust hvis den dimitterende student gør det ved sit afgangs projekt.
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.
(Latter)
(Laughter)
Dette er fra McGill og University of Michigan, dette er RHex, den gør sin debut i en demonstration.
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
(Latter)
(Laughter)
Samme princip. Den har kun seks bevægelige dele. Seks motorer, men den har fjedrende, tunede ben. Den bevæger sig med et insekts gangart, hvor det midterste ben bevæger sig synkront med det forreste og bagerste ben på dens modsatte side. En slags vekslende trefod, og de kan overkomme forhindringer nøjagtigt som dyret.
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.
(Latter)
(Laughter)
Åh, du godeste.
(Voice: Oh my God.)
(Klap salver)
(Applause)
Den kan bevæge sig over forskellige overflader, her er sand, selvom vi ikke har færdigudviklet fødderne endnu, men det taler vi om senere. Her er RHex på vej ind i skoven.
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.
(Latter)
(Laughter)
husk, at denne robot ikke kan se noget, den kan intet føle, den har ingen hjerne. Den fungerer bare med et tunet mekanisk system, med meget simple dele. Men inspireret af dyrs fundamentale funktioner. Åh, jeg er vild med ham, Bob. Her smutter den ned ad en sti. Jeg præsenterede dette for Jet Propulsion Lab hos NASA, og de sagde, at de ikke havde nogen mulighed for at gå ned i kratere for at lede efter is, og i sidste ende liv, på Mars. Og han sagde -- i særdeleshed med ben-robotter, fordi de er alt for komplicerede. Intet kan klare det. Og jeg holdt tale bagefter. Jeg viste dem denne video med RHex' simple design her, og bare for at overbevise dem om, at vi skulle med til Mars i 2011, tonede jeg videobilledet orange - bare for at give dem fornemmelsen af at være på Mars.
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.
(Latter)
(Laughter)
(Klapsalve)
(Applause)
En anden årsag til, at dyr har ekstraordinære evner og kan bevæge sig overalt er, at de har et effektivt samspil med deres omgivelser. Det dyr, jeg skal til at vise jer, som vi har studeret for at se dette fænomen, er gekkoen. Vi har en her, og læg mærke til dens stilling. Den holder godt fast. Nu giver jeg jer en udfordring. Jeg viser jer en video. Et af disse dyr kommer til at løbe over en vandret overflade, og det andet kommer til at løbe op ad en væg. Hvilken gør hvad? De bevæger sig en meter i sekundet. Hvor mange tror, det er den til venstre, der løber op ad væggen?
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?
(Klapsalve)
(Applause)
Okay. Pointen er, at det er virkelig svært at se, ikke? Det utroligt. Vi så på, mens vores studerende prøvede at regne det ud, og de kunne ikke se forskel. De kan løbe op ad en væg med 1 meter i sekundet, 15 skridt på et sekund, og de får det til at se ud som om de løber vandret. Hvordan bærer de sig ad? Det simpelthen fænomenalt. Det er den til højre, der bevægede sig op ad bakke. Hvordan gør de dette -- de har bizarre tæer -- de har tæer, som retter sig ud som Nytårs-truthorn, når man puster i dem, og derefter skrælles af overfladen ligesom tape. Som hvis vi havde et stykke tape nu, ville vi skrælles det af sådan. Det gør de med deres tæer. Det bizart. Denne skrællen inspirerede iRobot, som vi arbejder med, til at bygge Mecho-Gekkoer. Her er version med ben, og en traktor - eller bulldozer - version. Las os se nogle af gekkoerne bevæge sig på video, og bagefter viser jeg en lille bid af et klip med vores robotter. Her er gekkoen, der løber op ad en lodret flade, der var den, i uredigeret hastighed, der var den igen. Tydeligvis er vi nødt til at køre dette lidt langsommere.
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.
Man kan ikke bruge almindelige kameraer. Man er nødt til at tage 1,000 billeder pr. sekund for at kunne se dette. Og her er noget film skudt med 1,000 billeder pr. sekund. Nu vil jeg bede jer lægge mærke til dyrets ryg. Kan I se hvor meget, den bøjer sådan der? Vi kan ikke regne det ud -- det et uløst mysterie. Vi har ingen ide om, hvordan det fungerer. Hvis I har en søn eller en datter, som vil til Berkeley, så kom ned på mit laboratorie, så kan vi regne det ud sammen. Okay, send dem til Berkeley, fordi det er det næste, jeg vil gøre. Her er gekkomøllen.
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.
(Latter)
(Laughter)
Det en gennemsigtig trædemølle med et gennemsigtigt løbebånd, så vi kan studere dyrets fødder, og filme dem på video gennem trædemøllens bånd, for at se hvordan de bevæger sig. Her er et dyr, som vi fik til at løbe op ad en lodret flade, vælg en fod og prøv at kigge på en tå, og læg mærke til om du kan se, hvad dyret gør. Se tæerne folde ud og skrælle af. Den kan gøre det på 14 millisekunder. Det utroligt. Her er de robotter, som de har inspieret, Mecho-Gekkoerne fra iRobot. Først ser vi dyrets tå skrælle af -- se engang. Og her er så Mecho-Gekkoens tå-skrællen, den bruger et tryk-følsomt klæbemiddel til at gøre det. Dyrets skrælning, Mecho-Gekkoens skrælning, der lader dem kravle autonomt op ad flade overflader, bevæge sig over på væggen, og derefter over på loftet. Her er bulldozer versionen. Den bruger ikke tryk-følsom lim. Det gør dyret jo heller ikke. Men det er, hvad vi er begrænset til i øjeblikket.
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.
Hvordan gør dyret det? Dyret har underlige tæer, og hvis man kigger på tæerne, har de sådanne små blade, og hvis man forstørrer dem og zoomer ind, ser man, at der er små revner i disse blade. Og hvis man zoomer in 270 gange, ligner det et tæppe. Og hvis man forstørrer dét, og zoomer ind 900 gange, ser man, at der er hår der, små hår, og hvis man ser godt efter, har disse små hår også revner. Og hvis man zoomer ind 30,000 gange, ser man, at hvert hår er spaltet i enden. Og hvis man forstørrer disse, har de sådanne små strukturer på enden. Den mindste gren af hårene ligner en spartel, og et dyr som dette har 1 milliard af disse nano-store spaltede ender for at komme meget tæt på overfladen. Faktisk er her diameteren på dit hår, en gekko har 2 millioner af disse, og hvert hår har mellem 100 og 1000 spaltede ender. Forstil jer, hvor meget kontakt, de kan have.
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.
Vi var heldige at arbejde sammen med en anden gruppe på Stanford, som byggede en speciel bemandet sensor til os, hvormed vi var i stand til at måle styrken på et enkelt hår. Her er et enkelt hår med en lille spalte i enden, da vi målte kræfterne, var de enorme, de var så store, at med en samling af hår på cirka denne størrelse kunne gekkoens fod nemt støtte et lille barns vægt -- ca. 20 kg. Nuvel, hvordan gør de så det? Vi opdagde dette for nylig. Gør de det gennem friktion? Nej, styrken er for lav. Gør de det via statikelektricitet? Nej, man kan ændre ladningen uden, at de slipper. Gør de det ved sammenføjning? Det en lidt ligesom Velcro. Nej, man kan sætte dem på en molekylær flad overflade -- det ikke det de gør. Hvad med sugekopper? De hænger fast i vakuum. Hvad så med fugt binding? Eller kapellær binding? De har ingen lim, og de hænger sågar fint fast under vand. Hvis du sætter deres fødder under vand så griber de fast. Hvordan gør de det så? Tro det eller lad være griber de fast ved hjælp af indermolekylære kræfter, ved hjælp af van der Waals kræfter.
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.
Du havde sikkert noget om det her for længe siden i kemi, om, hvis to atomer er tæt på hinanden, og elektronerne bevæger sig rundt. Dén lille kraft er tilstrækkelig til at lade dem gøre dette, fordi det sker så mange gange med disse små strukturer. Det vi gør er, at vi lader os inspirere af hårene, og sammen med en anden kollega fra Berkeley fremstiller vi dem. Og vi har for nylig gjort en landvinding, og mener nu, at vi bliver i stand til at skabe det første syntetiske, selvrensende, tørre bindemiddel. Mange virksomheder er interesserede i dette.
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.
(Latter)
(Laughter)
Vi gav endda også en præsentation til Nike.
We also presented to Nike even.
(Latter)
(Laughter)
(Klapsalve)
(Applause)
Vi får se, hvor det fører hen. Vi var sådan oppe at køre over dette, at det gik op for os, at på denne lillebitte skala, hvor alting bliver klistret, og tyngdekraften ikke betyder noget længere, måtte vi studere myrer og deres fødder, fordi en af mine andre kollegaer på Berkeley har bygget en seks-millimeter stor silikonerobot med ben. Men den sidder fast. Den bevæger sig ikke særlig godt. Men det gør myrerne, og vi skal nok finde ud af hvorfor, så vi i sidste ende kan få den til at bevæge sig. Forestil jer, engang vil man kunne have sværme af disse seks-millimeter robotter til at løbe rundt. Hvor fører dette hen? Jeg tror allerede, I kan forestille jer det.
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.
Tydeligvis har internettet allerede øjne og ører, I har webkameraer og så videre. Men det får også ben og fødder. Du bliver i stand til at lave programmerbart arbejde med disse robotter, så man kan løbe, flyve og svømme overalt. Vi så David Kelly's starte det med hans fisk. Som konklusion mener jeg, budskabet er klart. Hvis du har rbug for et budskab, hvis naturen i sig selv ikke er nok, hvis du interesserer dig for redningsarbejde, eller minerydning, eller medicin, eller de forskellige ting, vi arbejder på, er det nødvendigt at bevare naturens design, ellers går disse hemmeligheder tabt for altid. Tak skal I have.
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.
(Klapsalve)
(Applause)