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?
Bonjour. Pourrais-je avoir le premier slide s'il vous plait? Contrairement aux calculs de certains ingénieurs, les abeilles peuvent voler, les dauphins peuvent nager, et les geckos peuvent toujours grimper sur les surfaces les plus lisses. Maintenant ce que je veux faire, dans le peu de temps dont je dispose, c'est de permettre à chacun de vous d'essayer, en quelque sorte, de découvrir ce que la nature à su mettre au point. J'essaye de le faire tout le temps, c'est tout bonnement incroyable. Je vais essayer de vous le faire partager un peu avec cette présentation. "Le challenge de découvrir les inventions de la nature" et je vais vous dire la façon dont nous le percevons, et la façon dont nous l'utilisons. La difficulté bien sûr est de répondre à cette question : Quelle est l'extraordinaire capacité de cet animal qui lui permet d'aller où il le désire? Si nous pouvions l'utiliser, dans quel domaine pourrions-nous le faire?
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.
Donc, beaucoup de biologistes diront aux ingénieurs et aux autres, les êtres vivants ont eu des millions d'années pour tout mettre au point, ils sont spectaculaires, ils peuvent tout faire extrêmement bien. Et le mieux à faire est la "biomimicry" : juste copier directement ce que la nature a fait. Nous savons, à force de travailler sur les animaux, que ces solutions sont opposées à ce que chacun essaye de faire. En effet l'évolution est basée sur le principe du "juste suffisant", pas sur la perfection. Et les contraintes à l'origine de tout organisme sont, à bien y regarder, très strictes. Les technologies de la nature sont incroyablement contraintes. Réfléchissez y. Si vous étiez un ingénieur et que je vous disais que vous avez à construire une automobile qui doit être de cette taille au début, puis qui doit grandir jusqu'à avoir sa taille normale et qui enfin doit fonctionner à chaque étape de sa croissance. Dites vous aussi que si vous construisiez cette automobile, vous devriez aussi mettre une usine capable de fabriquer une seconde automobile à l'intérieur.
(Laughter)
(Rires)
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.
Or, vous ne pouvez jamais, absolument jamais, en raison de l'histoire et du principe d'héritage, commencer à partir de rien. Les organismes ont cet historique si important. En réalité, l'évolution fonctionne plus comme un réparateur que comme un ingénieur. C'est très important à cerner quand vous commencez à regarder les animaux. Plutôt que de croire qu'il faut toujours s'inspirer de la biologie, il vous faut découvrir les principes même qui régissent la nature et utiliser des analogies quand c'est avantageux. C'est vraiment complexe à faire car ces animaux, quand on commence à bien y regarder, la façon dont ils fonctionnent, apparait désespérément complexe. Il n'y a pas d'archive de plans, vous ne pouvez les trouver nulle part. Ils ont développé bien trop de libertés via leurs articulations, trop de muscles, même dans les plus simples des animaux, comme les insectes, et ils ont bien plus de neurones et de connections que vous pouvez l'imaginer.
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.
Comment pourrions nous concevoir tout cela? En fait nous croyons... et nous partons du principe... que dans un sens, les animaux fonctionneraient simplement, comme si le contrôle de leurs mouvements pouvaient être issus de leur corps eux même. Ce que nous avons découvert c'est que les animaux avec deux, quatres, six, huit pattes, exercent le même effort sur le sol lorsqu'ils se déplacent. Ils fonctionnent tous comme ce kangourou, ils sautent. Et peuvent être modélisés par un ensemble de masse et de ressorts, que nous appelons système masse-ressort parce que nous somme des bio-mécaniciens, mais en fait c'est un bâton-sauteur. Ils ont tous développés les caractéristiques d'un bâton-sauteur. Comment cela peut il être possible? En fait, pour un homme, une de vos jambes équivaut à deux pattes d'un chien qui trotte, ou trois pattes fonctionnant ensemble d'un insecte qui trotte, voir quatre pour un crabe. puis ils alternent pour se propulser, mais le principe est toujours le même. Comme presque chaque organisme que nous avons observé de cette manière - vous allez le voir la semaine prochaine - Je vais vous donner un indice, il va y avoir prochainement un article qui explique que certains animaux très gros comme le T. Rex ne pouvaient sans doutes pas faire cela, mais vous le verrez la semaine prochaine.
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.
Maintenant ce qui est intéressant c'est que l'on ai dit que les animaux bondissaient dans le plan vertical, et avec notre collaboration avec Pixar dans "1001 pattes" nous avons discutés de la nature bipède des fourmies. Et nous leur avons dit que bien sûr, ils se déplacent sur tous les plans de la même façon, et ils nous ont posé la question : "Pourquoi faire des modèles uniquement dans le plan sagital ou le plan vertical, alors que vous nous avez dit que ces animaux se déplacent dans le plan horizontal?" C'est une bonne question. Personne en biologie n'avait jamais modélisé de cette façon. Nous avons pris en compte leur conseil et nous avons modélisé les animaux se déplacant dans le plan horizontal aussi. Nous avons pris leurs trois jambes, que nous avons condensé en une seul, et nous avons cherché quelques uns des meilleurs mathématiciens du monde venant de Princeton pour travailler sur ce problème. Nous avons été capable de créer un modèle où les animaux ne bondissent pas uniquement de bas en haut, mais ils bondissent aussi de chaque coté en même temps. Or, beaucoup d'organismes fonctionnent de cette manière. Maintenant, pourquoi un tel modèle est il si important? Parce que c'est vraiment intéressant. Quand vous prenez ce modèle et que vous le perturbez, que vous lui donnez une poussée, comme s'il cognait contre quelquechose, il s'auto-stabilise, sans avoir besoin de cerveau, ou de réflexes, la structure suffit. C'est un magnifique modèle. Maintenant jetons un oeil aux mathématiques
(Laughter)
(Rires)
That's enough!
C'est suffisant.
(Laughter)
(Rires)
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.
Les animaux, quand vous les regardez courir, semblent être auto-stabilisés de cette façon, en utilisant uniquement leurs "jambes sauteuses". C'est que les jambes peuvent se débrouiller seules, les algorithmes de contrôle sont, en un sens, compris dans la structure de l'animal elle-même. Pourquoi n'avons nous pas étés plus inspirés par la nature et ce type de découvertes? Et bien, j'aimerais dire que les technologies humaines sont vraiment différentes des technologie de la nature, ou du moins sont elles vraiment éloignées. Réfléchissez au type de robot classique que vous voyez. Les technologies humaines ont tendance à être larges, brutes, avec des angles vifs, rigide, fait de métal. Elles ont des roues et des axes. Elles ont très peu de moteurs, peu de capteurs. Alors que la nature tend à être petit, arrondi, elle se courbe et se tord et possède des jambes et des appendices, elle a beaucoup de muscles et beaucoup, beaucoup de capteurs. C'est donc un design très différent. Du moins, ce qui change, ce qui est vraiment excitant -- et je vais vous le présenter après -- c'est que les technologies humaines se basent de plus en plus sur les caractéristiques de la nature, donc la nature devient vraiment de plus en plus un professeur incontournable.
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.
Et voici un exemple qui est vraiment intéressant. C'est une collaboration que nous avons avec Stanford. Et ils ont développé cette nouvelle technique appelée "Shape Deposition Manufacturing" (SDM) C'est une technique qui permet de mélanger des matériaux ensemble et de mouler toutes les formes qu'ils veulent, et de leurs donner les propriétés des matériaux. Ils peuvent inclure les capteurs et les servocommandes directement dans la forme elle-même. Par exemple, voici une jambe -- la partie transparente est rigide, la partie blanche est souple, et vous n'avez pas besoin du moindre axe ou quoique ce soit. Elle se plie juste parfaitement d'elle même. Vous pouvez donc mettre ces propriétés dans la jambe elle même. Ça les a poussé à présenter cette étude en créant un petit robot qu'ils ont appelé Sprawl. Nos travaux ont aussi inspiré un autre robot, un robot sautant inspiré de la biologie, fait par l'Université du Michigan et McGill, appelé RHex, pour Robot Hexapode, et celui ci est autonome. Passons à la vidéo et laissez moi vous montrer quelques-uns de ces animaux se déplaçant. Ainsi qu'une partie de ces robots basiques qui ont été inspirés par nos découvertes. C'est une partie de ce que vous avez fait ce matin, quoique vous le fassiez dehors même si ce n'est pas sur un tapis-roulant. Voilà ce que nous faisons
(Laughter)
(Rires)
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.
C'est une blatte tête-de-mort -- c'est une blatte Américaine vous pensez que vous n'en avez pas dans votre cuisine. C'est un scorpions avec 8 pattes, une fourmis à 6 pattes, un centipède avec 44 pattes. Maintenant, je vous ai dit que ces animaux marchent en quelque sorte comme des bâtons-sauteurs -- ils sautent alors qu'ils se déplacent et vous pouvez le voir avec ce crabe fantôme des plages de Panama et de la Caroline du Nord. Il peut aller jusqu'à 4 mètre par seconde quand il court. Il bondit en fait dans les airs et a donc des phases aériennes quand il fait cela, comme un cheval, et vous voyez qu'il bondit ici. Ce que nous avons découvert est que même quand vous regardez les jambes d'un humain comme Richard, ou une blatte, ou un crabe, ou un kangourou, la partie rigide du ressort est la même dans tout ce que nous avons vu jusqu'ici. Ces jambes sauteuses sont très biens, mais que peuvent elles faire ? En fait, nous voulions voir si elles permettaient aux animaux d'avoir une meilleure stabilité et manœuvrabilité. Nous avons donc crée un terrain pourvu d'obstacles grand comme trois fois la hauteur de hanche des animaux que nous observions et nous étions certains qu'ils ne pourraient pas le franchir. Et voici ce qu'ils ont fait. L'animal le traverse et ne ralenti même pas. Ça ne réduit même pas sa vitesse de croisière du tout. Nous ne pouvions croire qu'il pouvait faire cela. Il nous a indiqué que si vous pouvez construire un robot avec des jambes sauteuses toutes simples, vous pourrez le rendre aussi manœuvrable que tout ce qui a été construit jusque là.
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.
Voici le premier exemple, voici le robot de Stanfort fait avec le principe de prototypage rapide (SDM) appelé Sprawl. Il a six jambes, ce sont les jambes sauteuses améliorées. Il se déplace avec la même démarche que les insectes et le voici se déplaçant sur le tapis roulant. Maintenant ce qui est vraiment important avec ce robot, comparé aux autres robots, c'est qu'il ne peut rien voir du tout, il ne peut rien ressentir, il n'a pas de cerveau, pourtant il peut manœuvrer à travers ces obstacles sans la moindre difficulté. C'est la technique qui consiste à incorporer les propriétés dans la forme. Voici un élève diplômé, voilà ce qu'il fait à son projet de thèse, extrêmement solide si un élève diplômé peut réussir à faire la même chose à son projet de thèse.
(Laughter)
(Rires)
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
Celui-ci vient de McGill et de l'université du Michigan, c'est RHex, faisant sa première sortie pour une démonstration.
(Laughter)
(Rires)
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.
Même principe. Il possède uniquement six parties mobiles. Six moteurs, mais il a des jambes sauteuses améliorées. Il marche à la façon d'un insecte la jambe centrale est synchronisée avec celle de devant et de derrière du coté opposé. Une sorte de tripode alterné, et ils peuvent négocier les obstacles tout à fait comme les animaux.
(Laughter)
(Rires)
(Voice: Oh my God.)
Oh mon dieu.
(Applause)
(Applaudissements)
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.
Il se déplace sur différentes surfaces, ici du sable, cependant nous n'avons pas optimisé le pied actuellement, mais je vous en parlerai après. Voici RHex entrant dans les bois.
(Laughter)
(Rires)
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.
Cette fois encore, ce robot ne peut rien voir, rien ressentir, il n'a pas de cerveau. Il fonctionne uniquement avec un système mécanique avec des pièces très simples. Mais inspiré des dynamiques fondamentales des animaux. Ah, je l'aime Bob. Là il descend un chemin. Je l'ai présenté au laboration de propulsion jet de la NASA, et ils ont dit qu'il n'avait pas la capacité de descendre dans des cratères pour chercher de la glace, et de la vie à terme, sur Mars. Et ils disent cela en particulier avec les robots marchants parce qu'ils sont trop compliqués. C'est impossible à faire. Puis j'ai pris la parole. Je leurs ai montré cette vidéo avec la conception basique de ce RHex, et juste pour les convaincre que nous devrions aller sur Mars en 2011, j'ai teint la vidéo en orange pour leur donner l'impression d'être sur Mars.
(Laughter)
(Rires)
(Applause)
(Applaudissements)
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?
Une autre raison pour laquelle les animaux ont des performances extraordinaires et peuvent aller n'importe où, c'est parce qu'ils ont une interaction efficace avec leur environnement. L'animal que je vais vous présenter et sur lequel nous allons travailler est le gecko. Nous en avons un ici, notez sa position. Il ne bouge pas. Maintenant je vais vous mettre à l'épreuve. Je vais vous montrer une vidéo. L'un des animaux sera en train de courir à l'horizontale, et l'autre sera en train de monter à un mur. Qui est qui? Ils avancent à un mètre par seconde. Combien pensez que celui de gauche montait le mur?
(Applause)
(Applaudissements)
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.
Okay. Le fait est que c'est vraiment dur à expliquer, n'est ce pas? C'est incroyable, nous avons observé des étudiants faisant cette expérience et ils n'ont pas pu expliquer. Ils peuvent monter à un mur à un mètre à la seconde, 15 pas par seconde et comme s'ils courraient sur une surface horizontale. Comment peuvent-ils faire cela? C'est juste phénoménal. Celui de droite monte sur un obstacle. Comment font ils cela -- ils ont des orteils étranges -- ils ont des orteils qui se déroulent comme un cracker quand vous le faites exploser, et se décrochent de la surface comme un ruban adhésif. Comme si nous avions du ruban adhésif et que nous le décrochions ainsi. Ils font cela avec leurs orteils. C'est bizarre. Ce décrochage a inspiré iRobot avec lequel nous avons travaillé, pour fabriquer des Meca-Geckos. Il y a une version avec pattes, une version tracteur et une version bulldozer. Voyons quelques mouvements du gecko avec quelques vidéos, et par la suite je vais vous montrer quelques extraits des robots. Ici un gecko court sur une surface verticale, il vient de passer en temps réel, il vient à nouveau de passer. Évidemment nous devons ralentir un petit peu.
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.
Vous ne pouvez pas utiliser des cameras standards. Vous devez prendre 1.000 images par seconde pour voir cela. Et voici quelques vidéos à 1.000 images par seconde. Maintenant je veux voir le dos de l'animal. Vous voyez à quel point il se plie comme cela? On n'arrive pas à comprendre pourquoi -- c'est un mystère insoluble. Nous ne savons pas comment il fonctionne. Si vous avez un fils ou une fille qui veut venir à Berkeley, dans mon laboratoire, nous pourrions chercher à comprendre. Okay, envoyez les à Berkeley car c'est la prochaine chose que je veux réaliser. Voici le rouleau à gecko.
(Laughter)
(Rires)
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.
C'est un tapis roulant transparent car avec un tapis transparent, nous pouvons voir les pattes de l'animal, et les enregistrer à travers le tapis, pour voir comment ils avancent. Voici l'animal que nous avons ici, courant sur une surface verticale, choisissons une patte et essayons de voir l'orteil, et voyons si nous percevons ce que l'animal fait. Regardez le dérouler et décoller ses orteils. Il peut faire ça en 14 millisecondes. C'est incroyable. Voici les robots qu'ils ont inspirés, les Meca-Gecko d'iRobot. Premièrement nous verrons les orteils se décoller -- regardez ça. Et voici l'action de décollement du Meca-Gecko il utilise un adhésif sensible à la pression pour faire cela. Décollement chez l'animal, décollement chez le meca-gecko, ça lui permet de grimper de façon autonome sur une surface plate puis sur un mur, puis d'aller sur le plafond. Là c'est la version bulldozer. Cette fois il n'utilise pas une glu sensible à la pression. L'animal n'utilise pas ça. Mais c'est ça qui nous limite pour le moment.
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.
Que fait l'animal? Il a des orteils bizarres, et si vous regardez ces orteils ils ont des petites lamelles ici, et si vous les écartez et que vous zoomez vous verrez qu'il y a des petites stries dans ces lamelles. Et si vous zoomez 270 fois, vous verrez que ça ressemble à un tapis. Et si vous les écartez et zoomez 900 fois, vous voyez qu'il y a des poils ici, de minuscules poils, et si vous regardez attentivement ces minuscules poils ont des stries. Et si vous zoomez sur elles 30.000 fois, vous verrez que chaque poil est aplati au bout. Et si vous les séparez, ils ont ces petites structures au bout. La plus petite partie de ces poils ressemble à une spatule et un animal comme celui ci possède 1 milliard de ces bout aplatis nanoscopiques. pour aller très très près de la surface. En fait, ils ont le diamètre de vos cheveux, un gecko en possède 2 millions et chaque cheveu a entre 100 et 1.000 bout aplatis. Imaginez le contact qui en résulte.
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.
Nous avons eu la chance de travailler avec un autre groupe à Stanford qui nous a fabriqué un capteur spécial qui nous a permis de mesurer l'effort sur un seul poil. Voici un seul poil avec un léger écrasement au bout, quand nous avons mesuré les efforts ils étaient énormes, ils étaient si grands qu'avec un ensemble de poil de cette taille, la patte du gecko pourrait supporter le poids d'un petit enfant -- autours de 40 livres facilement. Maintenant comment font ils cela? Nous avons récemment découvert cela. Font ils cela grâce à la friction? Non, les forces sont trop faibles. Font ils cela par électrostatique ? Non, vous pouvez changer la charge, ils tiennent toujours. Font ils ça par emboitement? C'est une sorte de Velcro. Non, vous pouvez les mettre sur des surfaces lisses au niveau moléculaire -- ça ne marche pas. Et la succion? Ils tiennent dans le vide. Et l'adhésion grâce à l'humidité? Ou l'adhésion capillaire? Ils n'ont pas de sorte de glu et tiennent sous l'eau comme si de rien n'était. Si vous passez leurs pattes sous l'eau ils tiennent toujours. Comment peuvent ils faire cela alors? Croyez le ou non ils tiennent grâce aux efforts intermoléculaires, les forces de Van der Waals.
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.
Vous en avez probablement entendu parlé il y a longtemps en chimie lorsque vous avez deux atomes, suffisamment proches, et que les électrons se déplacent autours. Ces petits efforts sont suffisants pour leur permettre de faire cela car ils sont sommés de nombreuses fois avec ces petites structures. Ce que nous avons fait c'est s'inspirer de ces poils et avec un autre collègue de Berkeley, nous les avons industrialisés. Et tout récemment nous avons fait une percée avec laquelle nous pensons à présent pouvoir créer le premier adhésif synthétique sec et auto-nettoyant. Beaucoup de sociétés s'y intéressent.
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We also presented to Nike even.
Nous l'avons également présenté à Nike.
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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.
Nous verrons où ça nous mènera. Nous étions si excités à propos de cela que nous avons réalisé qu'à une échelle plus petite, et dans un endroit où tout deviendrai collant, où la gravité n'aurait plus d'importance, nous devrions regarder les fourmis et leurs pattes, parce que un de mes autres collègues de Berkeley, a fabriqué un robot mobile en silicone de 6 millimètre. Mais il reste coincé. Il ne bouge pas très bien. Pourtant les fourmis y arrivent bien et nous allons voir comment, donc à terme nous pourrons faire ces mouvements. Et imaginez, vous aurez la possibilité d'avoir un essaim de ces robot de 6 millimètres capables de courir autour de vous. Où cela nous mène? Je pense que vous pouvez déjà l'imaginer.
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.
Internet a clairement déjà des yeux et des oreilles, vous avez des webcams et ainsi de suite. Mais il sera aussi capable d'avoir des jambes et des mains. Vous aurez la capacité de programmer des tâches via ce genre de robots, donc vous pourrez courir, voler ou nager n'importe où. Nous avons vu David Kelly's à l'origine de cela avec son poisson. Donc en conclusion, je pense que le message est clair. Si vous avez besoin d'un message, si la nature n'est pas suffisante, si vous vous intéressez à la recherche et au secours, ou au déminage, ou à la médecine ou aux diverses choses sur lesquelles nous travaillons, nous devons préserver les inventions de la nature, autrement ces secrets seront perdus à jamais. Merci
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