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?
Benvenuti. Potrei avere la prima slide, per favore? Al contrario dei calcoli fatti dagli ingegneri, le api possono volare, i delfini possono nuotare, e i gechi possono addirittura scalare le superfici più liscie. Ora, quello che voglio fare con il poco tempo che ho a disposizione, è provare a permettere a ognuno di voi di provare, più o meno, il brivido di scoprire i progetti della natura. Io lo faccio ogni volta, ed è semplicemente incredibile. Voglio provare a condividere con voi questa sensazione durante la presentazione. La sfida è guardare ai progetti della natura e io vi dirò come noi li percepiamo, e come li usiamo. Chiaramente la sfida è di rispondere a questa domanda: Cosa permette agli animali di mostrare delle prestazioni così straordinarie, in grado di renderli capaci di fare qualsiasi cosa? E se riuscissimo a capirlo, come potremmo implementare queste idee?
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.
Dunque, molti biologi diranno agli ingegneri che gli organismi hanno avuto milioni di anni per fare le cose ammodo, che sono spettacolari, che possono fare qualsiasi cosa in modo magnifico. Quindi la risposta sarebbe la bio mimetica -- cioè copiare direttamente la natura Lavorando a contatto con gli animali sappiamo che la verità è che questo è esattamente ciò che non si deve fare. Il motivo è che l'evoluzione funziona sulla base del principio del "basta che funzioni", non secondo quello della perfezione. Le difficoltà nel costruire un qualsiasi organismo sono molto forti. La tecnologia che la natura produce ha dei vincoli incredibili. Pensateci. Se foste degli ingegnere e io vi dicessi che dovete costruire un'automobile, ma cominciando da queste dimensioni, che deve poter crescere per raggiungere le sue piene dimensioni e che deve funzionare sempre. Pensate al fatto che se riuscirete a costruire un'automobile, io vi chiederò di metterci dentro una fabbrica in grado di produrre un'altra automobile.
(Laughter)
(Risate)
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.
E voi non potrete mai, assolutamente mai, a causa della storia e dei piani ereditati, cominciare da zero. Gli esseri viventi condividono questa storia importante. L'evoluzione funziona per davvero più come un aggiustatutto che come un ingegnere. E questo è molto importante quando si comincia ad osservare gli animali. Al contrario, noi pensiamo che ci sia bisogno di essere ispirati dalla biologia. C'è bisogno di scoprire i principi generali usati dalla natura e usarli come riferimento quando questo è vantaggioso. Questa è una grande sfida poiché gli animali, quando si comincia ad osservarli attentamente, a vedere come funzionano, risultano essere di una complessità impressionante. Non è possibile trovare da nessuna parte progetti che ne descrivano il funzionamento. I loro giunti sono in grado di compiere troppi movimenti, hanno troppi muscoli, anche il più semplice degli animali a cui si possa pensare, qualcosa come ad esempio un insetto, ha più neuroni e connessioni di quante si possa immaginare.
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.
Come capire qualcosa da tutto questo? Bene, noi crediamo - e abbiamo ipotizzato - che gli animali funzionino, come se il controllo dei loro movimenti avvenisse direttamente a livello del loro corpo. Abbiamo scoperto che animali a due, quattro, sei e otto zampe producono tutti le stesse forze a contatto col suolo quando si muovono. Funzionano tutti come questo canguro, saltano e possono essere modellati da un sistema fatto da una molla e un peso, che noi chiamiamo sistema molla-massa poiché siamo biomeccanici, anche se in effetti non è altro che un trampolo a molla. Si muovono tutti come un trampolo a molla. Com'è possibile? Una gamba umana funziona come due zampe di un cane, o come tre zampe di un insetto messe insieme, o quattro zampe di un granchio. Tutte si alternano nella spinta, ma il movimento che fanno è lo stesso. Funziona così per tutti gli organismi che abbiamo studiato. Come vedrete la prossima settimana - giusto per darvi un indizio - ci sarà un articolo che spiegherà come esseri davvero grossi come un T. Rex, probabilmente non potevano farlo, ma lo vedrete la prossima settimana.
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.
Ora, ciò che è interessante è come questi animali saltino sul piano verticale in questo modo, e in una collaborazione con Pixar per "A Bug's Life", abbiamo discusso la natura bipede dei personaggi formiche. Noi li informammo che loro muovono anche in un altro piano, chiaramente, e loro ci chiesero: "Perché fare un modello che descrive movimenti solo sul piano sagittale o verticale quando ci stai dicendo che questi animali si muovono sul piano orizzontale?" Beh, ottima domanda. Nessun biologo l'ha mai modellato in questo modo. Seguendo il loro consiglio abbiamo modellizzato il movimento degli animali anche sul piano orizzontale. Abbiamo preso le loro tre zampe, le abbiamo unite in una sola. Abbiamo chiamato da Princeton uno dei migliori matematici al mondo per lavorare su questo problema. E siamo stati capaci di creare un modello dove gli animali non saltano solo su e giù, ma saltano anche avanti e indietro allo stesso tempo. Molto esseri viventi seguono questo genere di movimenti. Ora, perché è importante avere questo modello? Perché è veramente interessante. Se si prende questo modello e si perturba, si da una spinta, non appena incorre in qualcosa, si stabilizza da solo, senza usare il cervello, senza usare riflessi, semplicemente usando la sua struttura. E' un modello bellissimo. Diamo un'occhiata alla matematica che ci sta dietro.
(Laughter)
(Risate)
That's enough!
Ok, è abbastanza!
(Laughter)
(Risate)
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.
Quando uno osserva gli animali correre sembra che questi si stabilizzino da soli in questo modo, usando principalmente zampe a molla. Proprio così, le zampe sono in grado di fare calcoli da sole. E' come se gli algoritmi di controllo fossero integrati nella forma stessa dell'animale. Perché l'uomo non si è mai ispirato alla natura e a questo tipo di scoperte? Ebbene, io risponderei che la tecnologia umana è veramente differente dalla tecnologia della natura, o per lo meno lo è stata fino ad ora. Pensate al primo robot che vi viene in mente. La tecnologia umana tende ad essere grande, piatta, spigolosa, rigida, fatta di metallo. Si hanno dispositivi che ruotano e assi. Ci sono pochissimi motori e sensori. Al contrario la natura tende ad essere piccola, ricurva, si piega e si torce, ha zampe al posto di appendici, ha molti muscoli e moltissimi sensori. Perciò il design è molto differente. Ad ogni modo, ciò che sta cambiando, ciò che è più entusiasmante - ve ne mostrerò alcuni esempi a breve - è che non appena la tecnologia umana prende le caratteristiche della natura, la natura diventa un'insegnante ancora più utile.
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.
E qui c'è un esempio che è davvero spettacolare. Questa è una collaborazione che abbiamo con Stanford. Loro hanno sviluppato una nuova tecnica chiamata Fabbricazione a Deposizione di Forma che è una tecnica dove si possono unire più materiali insieme e formare qualsiasi forma si voglia, trasferendoci le proprietà dei materiali utilizzati. All'interno della forma si possono integrare anche sensori ed attuatori. Ad esempio, qui c'è una zampa - la parte trasparente è rigida, la parte bianca è morbida, e non serve nessun asse o altro. Semplicemente si piega da sola. Bellissimo. Perciò, si possono mettere queste proprietà. Questa li ha ispirati nel realizzare un piccolo robot che hanno chiamato Sprawl. Il nostro lavoro ha ispirato anche un altro robot, un robot bioispirato che salta, che viene dall'università del Michigan e McGill di nome RHex, un robot esapode, e questo è autonomo. Andiamo ora al video, vi mostrerò come alcuni di questi animali si muovono, e quindi alcuni semplici robot che sono stati ispirati dalle nostre scoperte. Questo è un po' di quello che avete fatto stamani, anche se l'avete fatto all'aperto non su un tapis roulant. Questo è quello che facciamo.
(Laughter)
(Risate)
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.
Questa è una specie di blatta - questa è una blatta Americana che pensate di non avere in cucina. Questo è uno scorpione con otto zampe, una formica con sei e un centipiede con quarantaquattro zampe. Se ricordate, vi ho detto che tutti questi animali funzionano un po' come un trampolo a molla. Saltano quando si muovono, e lo potete vedere in questo granchio delle spiagge di Panama e della Carolina del Nord. Arriva fino a quattro metri al secondo quando corre. In effetti si stacca verso l'alto e ha una fase aerea quando fa così, come un cavallo - qui potete vedere che salta. Quello che abbiamo scoperto è che, sia che si guardi alle gambe di un uomo come Richard, o alle zampe di una blatta, o di un granchio, o di un canguro, la rigidità relativa di quella molla è la stessa per tutto ciò che abbiamo visto fino a ora. Ora, a cosa sono buone delle zampe a molla, cosa possono fare? Bene, noi volevamo studiare se queste permettessero agli animali di avere una maggiore stabilità e manovrabilità. Per questo abbiamo costruito un terreno pieno di ostacoli alti tre volte l'altezza dell'anca degli animali che stavamo studiando, sicuri che non ce l'avrebbero fatta. Questo è quello che sono riusciti a fare. L'animale ci ha corso sopra, senza rallentare neanche un po'. Non ha per niente diminuito la sua velocità. Non potevamo credere che ci potesse riuscire. Ci ha rivelato che se fossimo in grado di costruire un robot con zampe a molla veramente semplici, saremmo in grado di creare qualcosa di più manovrabile di qualsiasi altra cosa che sia mai stata costruita.
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.
Ecco il primo esempio di questo, si tratta di un robot fatto da Stanford tramite la Fabbricazione a Deposizione di Forma, chiamato Sprawl. Ha sei zampe - là ci sono le zampe a molla. Si muove con un passo che userebbe un insetto ed eccolo che si muove su un tapis roulant. Ora, quello che è importante di questo robot, rispetto ad altri robot, è che non può vedere niente, non può provare niente, non ha un cervello, ma lo stesso si può muovere oltre questi ostacoli senza la minima difficoltà. Tutto ciò grazie al fatto che abbiamo trasferito le proprietà all'interno della forma. Questo è uno studente magistrale, si tratta di parte del suo lavoro di tesi, fa un certo effetto quando uno studente fa qualcosa del genere sul proprio progetto di tesi.
(Laughter)
(Risate)
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
Questo invece viene dalla McGill e dall'Università del Michigan, si tratta di RHex, alla sua prima dimostrazione all'aperto.
(Laughter)
(Risate)
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.
Stesso principio. Si tratta solo di sei parti mobili. Sei motori, ma ha molle, zampe adatte. Si muove con il passo di un insetto le zampe di mezzo si muovono in sincronia con quelle davanti e quelle dietro dall'altra parte. Una sorta di tripode alternato, che può superare ostacoli proprio come un animale.
(Laughter)
(Risate)
(Voice: Oh my God.)
O mio Dio.
(Applause)
(Applausi)
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.
Può andare su diversi tipi di superfici - ecco terreno sabbioso non abbiamo ancora perfezionato le zampe, ma di questo ne parlerò dopo. Ora RHex entra nel bosco.
(Laughter)
(Risate)
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.
Come dicevo, questo robot non può vedere nulla, non può provare nulla, non ha cervello. Funziona solo tramite un sistema meccanico calibrato con componenti veramente semplici, ma ispirati dalla dinamica alla base dell'animale. Ah, lo amo Bob. Ecco che scende una strada. Ho presentato questo video al Jet Propulsion Lab della NASA - hanno detto di non avere la capacità di scendere un cratere per cercare del ghiaccio e, in ultima istanza, la vita su Marte. Questo in particolare con robot con zampe a causa della loro intrinseca complicatezza. Nessuno poteva farlo - Allora ho parlato io. Gli ho mostrato questo video con il semplice design di RHex qui, e solo per convincerli che siamo in grado di andare su Marte nel 2011, ho tinto il video di arancione giusto per dargli l'impressione di essere su Marte.
(Laughter)
(Risate)
(Applause)
(Applausi)
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?
Un'altra ragione per cui gli animali sono in grado di prestazioni straordinarie e possono andare ovunque, è che interagiscono efficacemente con l'ambiente. L'animale che sto per mostrarvi, che abbiamo studiato è il geco. Eccone qua uno, notate la sua posizione: è fermo. Vi sfido. Vi mostrerò un video uno degli animali corre su un piano l'altro corre su per un muro. Quale è quale? Stanno andando ad un metro al secondo. Quanti di voi pensano che sia quello sulla sinistra che corre su per il muro?
(Applause)
(Applausi)
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.
Ok. Il punto è che è molto difficile a dirsi, non è vero? E' incredibile. Abbiamo chiesto a degli studenti e non sono stati in grado di rispondere. Possono correre su un muro ad un metro al secondo, quindici passi al secondo e sembra che stiano correndo su un piano. Com'è possibile? E' fenomenale. Quello sulla destra è quello che stava scalando. Come fanno? Hanno delle dita bizzarre - hanno delle dita che si aprono completamente come le trombette quando ci soffiamo dentro, e si attaccano alla superficie come un nastro adesivo. Come se avessimo un pezzo di nastro adesivo e lo attaccassimo in questo modo. Loro lo fanno con le loro dita. E' bizzarro. Questo modo di attaccarsi ha ispirato iRobot, un'azienda che lavora con noi, nella costruzione di Mecho-Geckos. C'è una versione con zampe e una a carro armato, e una a bulldozer. Vediamo in qualche video come si muovono alcuni di questi gechi, in seguito vi mostrerò come si agganciano. Ecco il geco che corre su una superficie verticale, ecco che va, in tempo reale, ecco che va ancora. Ovviamente dobbiamo rallentare un po'.
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.
Non si possono usare telecamere normali. Si devono catturare mille immagini al secondo per vederlo. Ed ecco il video a mille immagini al secondo. Ora voglio che guardiate la colonna vertebrale dell'animale. Vedete come si curva? Non riusciamo a capire come faccia - è un mistero irrisolto. Non sappiamo come funzioni. Se avete un figlio o una figlia che vuole venire a Berkeley, mandatela nel mio laboratorio e lo scopriremo. Davvero, mandateli alla Berkeley perché questo è quello che farei io. Ecco un tapis roulant per gechi.
(Laughter)
(Risate)
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.
E' un complesso di telecamera e tapis roulant, così possiamo vedere i piedi dell'animale e registrarli attraverso il nastro, per vedere come si muovono. Ecco l'animale che corre su una superficie verticale. Scegliete una zampa e provate a osservarne le dita, tentate di capire cosa sta facendo l'animale. Vedete come allarga ed aggancia le dita. Ci mette 14 millisecondi. E' incredibile. Ora arriviamo ai robot che sono stati ispirati, il Mecho-Gecko della iRobot. Possiamo vedere le dita dell'animale attaccarsi - guardate! Ed ecco l'azione adesiva del Mecho-Gecko usa un adesivo sensibile alla pressione per farlo. Ecco l'azione adesiva dell'animale, ecco quella del Mecho-Gecko, che permette loro di scalare in modo autonomo, andare su una superficie piatta, passare su un muro e quindi finire su un tetto. C'è anche la versione bulldozer. Dunque, l'animale non usa colla sensibile alla pressione. Ma questo è ciò a cui siamo limitati al momento.
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.
Come fa l'animale? Ha delle strane dita e se si guarda a queste dita si vede che ci sono delle piccole foglie, e se si ingrandiscono si può vedere che ci sono delle piccole striature in queste foglie, e se si ingrandisce 270 volte, si può vedere una sorta di tappeto. E se si ingrandisce fino a 900 volte, si può vedere che ci sono peli, piccoli peli, e se si guarda più attentamente si nota che questi peli hanno striature. E se si ingrandisce una di quelle 30.000 volte, vedrete che ogni pelo finisce con molte estremità. E se si ingrandiscono si vedono delle piccole strutture. L'estremità più piccola dei peli sembra come un mestolo e un animale come questo ha 1 miliardo di queste estremità di dimensioni nanometriche per aderire il più possibile alla superficie. Infatti, se questo è il diametro di un capello, un geco ha 2 milioni di questi e ogni pelo ha da 100 a 1000 estremità. Pensate al contatto che riescono a creare.
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.
Siamo stati fortunati a lavorare con un altro gruppo a Stanford che ci ha costruito uno speciale tipo di sensore con cui siamo stati in grado di misurare la foza di un singolo pelo. Ecco un singolo pelo con qualche estremità, quando abbiamo misurato le forze, queste erano enormi, così grandi che con un gruppo di peli di circa queste dimensioni, la zampa di un geco potrebbe sorreggere il peso di un bambino piccolo - circa 18 Kg con facilità. Come riescono a farlo? Lo abbiamo scoperto recentemente. Sfruttano l'attrito? No, la forza è troppo poca. Sfruttano le cariche elettrostatiche? No, si può cambiare la carica e loro rimangono attaccati. Sfruttano la rugosità dei materiali? Intendo come una sorta di velcro. No, si possono mettere sulle delle superfici liscie a livello molecolare - non lo fanno. Cosa dire invece della suzione? Aderiscono nel vuoto. Cosa dire invece dell'adesione umida? O adesione capillare? Non hanno nessun adesivo e possono rimanere attaccati tranquillamente anche sott'acqua. Se si mette la loro zampa sott'acqua la presa non cede. Come fanno, quindi? Che ci crediate o no, rimangono attaccati grazie a forze intermolecolari chiamate forze di 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.
Probabilmente le avrete studiate tempo fa in un corso di chimica. Ci sono due atomi, vicini, e gli elettroni si muovono attorno. Quella piccola forza è sufficiente a fargli fare quello che fanno perché è sommata così tante volte tramite quelle piccole strutture. Quello che stiamo facendo è trarre ispirazione da quei peli, e con un altro collega a Berkeley, le stiamo costruendo. Solo recentemente abbiamo comunicato che crediamo che saremo capaci di creare il primo adesivo secco, sintetico, e autopulente. Molte compagnie ne sono interessate.
(Laughter)
(Risate)
We also presented to Nike even.
Lo abbiamo presentato anche alla Nike.
(Laughter)
(Risate)
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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.
Vedremo come andrà a finire. Eravamo così eccitati per questo che abbiamo capito che queste piccole dimensioni, dove tutto diventa adesivo e la gravità non conta più, ci portavano a guardare alle formiche e alle loro dita, perché uno dei miei altri colleghi a Berkeley ha costruito un robot in silicone di sei millimetri con zampe, ma rimane bloccato, non si muove molto bene. Ma le formiche sono in grado di farlo e noi capiremo come, così che alla fine lo faremo muovere. Immaginate, sarà possibile avere sciami di questi robot di sei millimetri che corrono in giro. Dove andrà a finire? Penso che lo abbiate già capito.
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.
Chiaramente Internet ha già occhi ed orecchie, avete webcam e altro. Ma arriverà ad avere anche gambe e mani. Sarete in grado di programmare il vostro lavoro tramite questo tipo di robot, così che sarete liberi di andare a correre, volare e nuotare ovunque. Abbiamo visto David Kelly all'inizio con il suo pesce. Quindi, in conclusione, penso che il messaggio sia chiaro. Se vi serve una morale, se la natura non è abbastanza, se vi interessa cercare e salvare persone, o ripulire un campo minato, o curare, o qualsiasi altra cosa su cui stiamo lavorando, dobbiami capire che dobbiamo preservare i progetti creati dalla natura, altrimenti questi segreti andranno persi per sempre. Grazie.
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