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?
Jó napot, kérem szépen az első diát. Mérnöki számítások dacára a méh tud repülni, a delfin tud úszni és a gekkó föl tud mászni még a legsimább függőleges felületen is. A rendelkezésemre álló rövid idő alatt megkísérlem megtapasztaltatni önökkel a természet alkotásának fölfedezésével járó borzongást. Mindig ezzel foglalkozom, s csak ámulok. Előadásomban egy párat bemutatok közülük. Nehéz megfigyelni a természet megoldásait. Elmondom, hogyan érzékeljük és használtuk föl őket. A válaszra váró kérdés az alábbi: mi teszi lehetővé az állatok különleges képességét, hogy tetszőlegesen mozogjanak? Ha sikerül erre rájönnünk, hogyan használhatjuk föl e módszereket?
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.
A biológusok válasza a mérnököknek, hogy az organizmusoknak évmilliók alatt kellett kitalálniuk a módszert; látványosak, mindent csodásan csinálnak. A válasz a bio-mimikri: utánozzuk le a természetet! Az állatokkal végzett munkából ismeretes, hogy pont ez kerülendő, mert az evolúció az "így elég jó" elven s nem a tökéletesség elvén alapszik. Bármely szervezet létrehozásának korlátai elég szigorúak. A természeti technológiák elképesztően korlátosak. Képzeljék el, hogy önöknek mint mérnököknek az a feladatuk, hogy autót tervezzenek, először ilyen kicsi legyen, aztán teljes méretűre fejlődjön, de mindig hibátlanul működjön. Most azt képzeljék el, hogy miközben építik az autót, még azt is mondom, hogy tegyenek bele egy gyárat is, amely egy másik autót csinál.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Az előtörténet és az öröklött tervek miatt soha, de soha nem kezdhetünk tiszta lappal. A szervezeteknek megvan e fontos előtörténetük. A valódi evolúció úgy működik, mint egy fuser, semmint egy mérnök. Amikor állatokat vizsgálunk, ez nagyon fontos körülmény. De a biológiától kell ihletet kapnunk. Föl kell tárnunk a természet alapelveit, aztán ha előnyösek, az analógiájukat alkalmaznunk kell. Ez igazán kemény dió, mert amikor bele akarunk látni az állatok működésébe, kiderül, hogy az borzasztó bonyolult. Nincsenek kéznél korábbi tervek, sehol sem leljük föl őket. Az izületek túl sok mozgásra képesek, túl sok az izom. Még a legegyszerűbb élőlényeknek, pl. a rovaroknak is több idegsejtjük és kapcsolódásuk van, mint képzelnénk.
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.
Hogy értsük ezt? Azt hittük, és erre hipotézist építettünk, hogy az állatok úgy mozognak, hogy mozgásszabályozásuk a testükbe épül be. Fölfedeztük, hogy a két-, négy-, hat- és nyolclábú állatok mozgáskor ugyanakkora erőt fejtenek ki a talajra. Úgy mozognak, mint a kenguru: ugrálnak. Mozgásuk tömeg-rugó- rendszerrel modellezhető. A biomechanikusok így nevezik; ez tulajdonképpen gólyaláb. Mintha gólyalábon járnának. Hogy lehet ez? Az ember egyik lába úgy működik, mint az ügető kutya két lába, vagy mint a futó rovar három lába, vagy mint a futó rák négy lába. Bár előrehaladás közben váltogatják a lábaikat, a séma ugyanaz. Majdnem minden vizsgált állat így tesz; elárulom, a jövő héten lesz egy cikk, amelyben meglepő dolgot találnak: a T. rex bizonyára nem így mozgott, de ezt hagyjuk a jövő hétre.
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.
Érdekes, hogy az állatok így ugrálnak függőlegesen, és a Pixarral megvitattuk az Egy bogár élete c. film kapcsán a hangyák két lábon járását. Mondtuk, hogy a hangyák más síkban is mozognak. Erre azt kérdezték: "Akkor miért modelleztek csak függőleges síkban, miközben azt mondjátok, hogy az állatok vízszintesen mozognak?" Jó kérdés. A biológiában még senki sem modellezett így. Megfogadtuk a tanácsukat, és vízszintesen is modelleztünk. Az állatok három lábából egyet csináltunk. A világ legjobb matematikusai a Princetonról nekünk dolgoztak, ezzel foglalkoztak. Sikerült létrehozni egy modellt, amelyben az állatok nemcsak le-föl, hanem egyúttal oldalra is ugrálnak. Sok organizmus így tesz. Miért olyan fontos nekünk e modell? Mert érdekes, hogy ennél a modellnél amikor elkezdődik a mozgás, és meglökjük, egy akadályba ütközve stabilizálja magát, miközben nincs agya, nincsenek reflexei; kizárólag a szerkezetének köszönhetően. Csodás modell.
(Laughter)
Nézzük a gyönyörű matekját!
(Nevetés)
That's enough!
Elég már!
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Az állatok futás közben így stabilizálják magukat, ehhez rugólábat használva. A lábak maguk kalkulálnak; úgy értve, hogy a szabályozási algoritmusok be vannak építve az állat alakjába. Miért nem ad nagyobb ihletet a természet és az efféle fölfedezések? Az emberi technológiák mások, mint a természet technológiái; eddig legalábbis ez volt a helyzet. Képzeljék csak el a szokásos robotot! Az emberek hajlamosak nagy, sík, szögletes, merev fémrobot tervezni. Legyenek benne forgó részek és tengelyek. Kevés motor és kevés érzékelő. De a természet inkább a kicsit, az áramvonalasat szereti, minden hajlik, csavarodik, lába és nyúlványa van, sok izma és rengeteg érzékelője. Annyira más. De az elképesztő – rögtön meg is mutatom –, hogy amikor az emberi technológia a természet több jellemzőjét veszi át, akkor a természet nagyon hasznos oktatóvá válik.
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.
Íme egy ragyogó példa a Stanforddal való együttműködésünkből. Kifejlesztették a Shape Deposition Manufacturing technológiát, amellyel különböző anyagok keverékéből más-más tetszőleges formát lehet önteni. Az anyag különböző tulajdonságú lehet. Magába a formába érzékelők s működtető szerkezetek építhetők be. Ez pl. egy láb; az átlátszó része merev, a fehér része hajlékony; nem kell hozzájuk sem tengely, sem más. Nagyon szépen hajlik. E tulajdonságok beépíthetők. Ettől megihletve legyártották a Sprawl nevű kúszó robotot. Munkánk egy másik robotot is ihletett: egy biológiai ihletésű ugráló robotot, amely a michigani s a McGill egyetem műve. A neve RHex, mert hatlábú, és önállóan működik. A videón megmutatok egy pár mozgó állatot, aztán egy pár egyszerű robotot, amelyek fölfedezéseink keltette ihletből születtek. Egy páran így futhattak reggel, bár a szabadban, nem futópadon. Ezt meg mi csináljuk.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
E halálfejes csótány Amerikában honos, konyhájukban nem található. Ez a nyolclábú skorpió, hatlábú hangya, negyvennégylábú százlábú. Már mondtam, hogy az effélék a gólyalábhoz hasonlóan működnek, Ugrálva mozognak. A Panamában és Észak-Karolinában élő szellemráknál ez látható. Maximum 4 m/sec sebességre képes futás közben. Fölugrik a levegőbe, van egy légi fázisa, nézzék, úgy ugrik, mint a ló. Fölfedeztük, hogy akár az emberi lábat, akár a csótányét vagy a rákét vagy a kenguruét figyeljük, a lábak relatív merevsége egyforma. Mire jók a rugólábak? Mire alkalmasak? Vajon nagyobb stabilitást s fokozott manőverező készséget nyújtanak-e az állatoknak? Építettünk egy pályát, amelyre akadályokat tettünk; háromszor olyan magasak voltak, mint a vizsgált állatok. Biztosra vettük, hogy elakadnak. Nézzék, az állat átfut rajtuk, és még csak le sem lassít! Egyáltalán nem csökkenti a sebességét! Nem hittünk a szemünknek. Azt mondtuk: ha ilyen egyszerű, rugólábú robotot tudnánk építeni, úgy tudna manőverezni, mint még soha semmilyen robot.
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.
Ez az első mintapéldány, a stanfordi Shape Deposition Manufactured robot; a neve Sprawl – Kúszó. Hatlábú, beszabályozott rugólábú. Olyan a járása, mint egy rovaré; itt épp a futópadon mozog. E robot különlegessége a többihez képest, hogy semmit sem lát, semmit sem érez, nincs agya, mégis képes átevickélni az akadályokon gond nélkül. E technikával építhetjük be a tulajdonságokat a formába. E végzős diák éppen a diplomamunkáját püföli. Nagyon masszív, ha a diák nem sajnálja.
(Laughter)
(Nevetés)
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
Ez a McGill és a michigani egyetemről való: a HRex; az első jelenése bemutatón.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Az elv ugyanaz: csak 6 mozgó alkatrésze van: 6 motor, de behangolt rugólábai vannak; a járása, akár a rovaroké. A középső lába együtt mozog az elülsővel és a túloldali hátulsóval. Egy ide-oda mozgó háromlábú; leküzdi az akadályokat, mint az állat.
(Laughter)
(Nevetés)
(Voice: Oh my God.)
Hang: Te jó isten!
(Applause)
(Taps)
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.
RF: Különféle felületeken jár; ez homok, bár még nem tökéletesítettük a lábait; de erről majd később. Itt RHex fölkeresi az erdőt.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Ez a robot sem lát semmit, nem érez semmit, nincs agya, csak nagyon egyszerű alkatrészekből álló behangolt mechanikai rendszer működteti, amelyet az állati biodinamika ihletett. Hang: Ó, Bob, csípem ezt a robotot. RF: Megy az ösvényen. Elvittem a robotot a NASA laborjába. Közölték, hogy a Marson nem tudnak lemenni kráterekbe jég és végül is élet után kutatva, lábas robotokkal pláne nem, mert túl bonyolultak. Ekkor jöttem én, bemutattam a videót az egyszerű HRexszel; s hogy meggyőzzem őket: 2011-ben a Marsra kell mennünk, narancsszínűre festettem a videót, hogy úgy érezzék: a Marson járunk.
(Laughter)
(Nevetés)
(Applause)
(Taps)
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?
A másik ok, amiért az állatok kiválóan közlekednek, s bárhova eljutnak, mert jól meg tudnak kapaszkodni a felületen. Ezt a gekkón tanulmányoztuk. Rögtön megmutatom. Itt egy gekkó, és figyeljük meg a helyzetét: kapaszkodik. Kapnak egy feladatot. Egy videót mutatok. Az egyik gekkó vízszintesen fut, a másik felfut a falon. De melyik? Sebességük 1 m/sec. Ki mondja, hogy a bal oldali fut a falra?
(Applause)
(Taps)
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.
Nehéz megmondani! Hihetetlen! Diákok sem tudták megmondani. A gekkók 1 m/sec sebességgel futnak a falon; ez 15 lépés/sec. Mintha vízszintes felületen futnának. Hogy csinálják? Egyszerűen tüneményes. A jobb oldali futott fölfelé a falon. Fura lábujjaik vannak. Kunkorodnak, mint a szilveszteri ördögnyelv, ha belefújunk. Aztán leválnak a felületről, mint a fólia. Mintha egy darab fóliát hámoznánk le. Ők ezt a lábujjaikkal csinálják. Ez ihlette munkánkat az iRobot céggel; mechanikus gekkót csinálunk. Ez a lábas változat, a traktorváltozat és a buldózerváltozat. Nézzük meg videón a gekkók mozgását, aztán megmutatom a robotok mozgását. Itt a gekkó fölfut a függőleges felületen. Egy kissé le kellett lassítanunk a mozgását.
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.
Ehhez különleges kamera kell, amely 1 000 kép/sec-re képes, hogy lássuk. E videó 1 000 kép/sec sebességű. Figyeljék az állat hátát! Látják, hogy vonaglik? Ez máig rejtély, nem tudjuk, miért teszi. Ha gyermekük a Berkeleybe vágyik, jöjjön a laboromba, együtt kitaláljuk az okát. Küldjék csak, mert most ez van soron.
(Laughter)
Ez a gekkó-futópad.
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
(Nevetés)
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.
Ezen az átlátszó futópadon a heveder is átlátszó, hogy az állat lábát megfigyelhessük s lefilmezhessük a hevederen át, s így kiderítsük a mozgását. Az állat szalad a függőleges futópadon. Nézzék a lábát, a lábujjait, figyeljék meg, mit csinál az állat. Kitekeri, aztán lehámozza a lábujjait. 14 ezredmásodperc alatt. Elképesztő! Ez a gekkó ihlette mechanikus gekkó, amelyet az iRobot készített. Ezek a gekkó lehámozódó lábujjai. Ez meg a mechanikus gekkó lehámozó mozgása. Nyomásra érzékeny tapadóanyagot használ. Lehámozás a gekkónál. Ugyanaz a mechanikus gekkónál, hogy magától vízszintesen kússzon, majd fölmásszon sima falfelületre, aztán a mennyezetre. Ez a buldózer-változat. Nem használ nyomásra érzékeny ragasztót. Az állat sem használ. Egyelőre idáig jutottunk.
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.
Mit szokott tenni az állat? Furcsa lábujjai vannak. Lemezszerű kis képződmények vannak rajtuk, és kinagyítva látható, hogy kis barázdák is vannak rajtuk. 270-szeres nagyításban szőnyegre hasonlít. 900-szoros nagyításban pirinyó sörték láthatók. Jobban megnézve, a sörték is barázdáltak. 30 000-szeres nagyításban látható a sörték hasított vége. Tovább nagyítva ilyen pici struktúrát látunk. A sörték vége úgy néz ki, mint a spatula. Az állatnak egymilliárd nanoméretű hasított sörtevége van, hogy közelebb jusson a felülethez. Ez a hajszálunk átmérője. A gekkónak 2 millió sörtéje van, minden sörtén 100-1 000 hasíték. Gondoljuk el, micsoda tapadás!
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.
Más csoporttal is dolgozunk Stanfordon, amely vezérelhető érzékelőt épített nekünk, vele megmérhettük egy sörte szilárdságát. Ez itt a hasított végű sörte. A mért szilárdság óriási volt. Ilyen méretű sörtecsomó, a gekkó lába könnyűszerrel megtart egy húszkilós kisgyereket. Hogy sikerül? Nemrég rájöttünk. Súrlódás? Nem, túl gyenge. Elektrosztatikus erő? Nem, változik a töltés, úgyis megtartja. Valami tépőzárhatás? Nem, az állat a molekulárisan sima felületen is futkos. Esetleg szívás? Nem, vákuumban is tapadnak. Hidrosztatika? Kapilláris tapadás? Nincs ragasztójuk, és víz alatt is pompásan tapadnak. Ha vízbe merítjük a lábát, kimászik. Hogyan csinálják? Hiszik vagy sem, a magyarázat a molekulák közötti Van der Waals erők.
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.
Valaha tanultak róla kémiaórán. Van egymáshoz közeli két atom, az elektronok köröttük keringenek. Ez a gyenge erő elég, hogy megtartsa a gekkót, hiszen a sok kis erő összeadódik a sörték végén lévő mikrostruktúrákról. A sörtéktől megihletve egy berkeleyi munkatársammal együtt megpróbáltuk lemásolni. Nemrég áttörést értünk el, nemsokára megalkotjuk az első szintetikus, öntisztító száraz tapadóanyagot. Sok cég érdeklődik iránta.
(Laughter)
(Nevetés)
We also presented to Nike even.
Még a Nike-nak is bemutattuk.
(Laughter)
(Nevetés)
(Applause)
(Taps)
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.
Meglátjuk, mire jutunk, de föllelkesít a fölfedezésünk. Megértettük, hogy a mikrovilágban, ahol minden tapadóssá válik, és a gravitáció már nem számít, foglalkoznunk kell a hangyákkal és a lábukkal, mert a Berkeleyn munkatársam 6-milliméteres szilíciumhangyát épített, amelynek lába van. De a robot elakad, nem jól működik. De a hangyák járnak, és rá fogunk jönni, miért, és megcsináljuk. Képzeljék el, lesz egy bolynyi 6-milliméteres robotunk, amelyek köröttünk teszik a dolgukat. Hová vezet ez?
Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
Gondolom, el tudják képzelni.
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.
Az internetnek már van szeme és füle, vannak webkameráink stb., de lesz lába és keze is. Képesek leszünk robotokon keresztül programozott munkát végezni, hogy bárhová futhassunk, repülhessünk és úszhassunk. Már láttuk David Kellyt a halával. Végezetül: a következtetés világos. Ha a természet üzenete nem elég, ha a robotokat kutatásra, mentésre, aknaszedésre, gyógyászatra használjuk, meg kell óvnunk a természet alkotásait, különben e titkok örökre elvesznek. Köszönöm.
(Applause)
(Taps)