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?
Sveicināti. Vai es varu palūgt pirmo slaidu? Pretēji dažu inženieru aprēķiniem, bites var lidot, delfīni var peldēt un ķirzakas var rāpties augšup pat pa visgludākajām virsmām. Šajā man atvēlētajā īsajā laika sprīdī, es vēlētos, lai katrs no jums piedzīvotu dabas dizaina atklāšanas saviļņojumu. Es varu to darīt visu laiku, un tas ir vienkārši neticami. Šajā prezentācijā es vēlos tajā ar jums mazliet padalīties. Izaicinājums skatoties uz dabas dizainu un es jums pateikšu to, kā mēs uztveram un kā mēs to lietojam. Protams, ir grūti atbildēt uz šo jautājumu: kas ļauj dzīvniekiem darboties ar šādu neparastu veiktspēju, kas būtībā ļauj viņiem doties jebkur? Un ja mēs varētu to saprast, kā mēs varam to īstenot konstrukcijās?
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.
Daudzi biologi inženieriem un pārējiem stāstīs, ka, lai organismi to dabūtu gatavu, vajadzēs miljoniem gadu; tie ir iespaidīgi; tie var veikt visu apbrīnojami labi. Tātad, atbilde ir biomimētika: tieša dabas atdarināšana. Strādājot ar dzīvniekiem mēs jau zinām, ka patiesībā šādi strādāt ir tieši tas, ko jūs nevēlaties darīt, jo evolūcija darbojas pēc gana labi principa, ne pēc ideāluma principa. Kad jūs paskataties uz to, ierobežojumi, veidojot jebkuru organismu, ir pamatīgi. Dabas tehnoloģijas ir neticami ierobežotas. Padomājiet par to. Ja esat inženieris, un es jums saku, ka jāuzbūvē automašīna, taču tā ir jāuztaisa tik maza un tad tai ir jāizaug lielai, un tai visu laiku ir jādarbojas. Vai padomājiet par to, ka pat ja jūs uzbūvētu šo automašīnu, es jums pateiktu, ka jums vajag tās iekšpusē ievietot arī rūpnīcu, kas ļaus jums uzbūvēt citu automašīnu.
(Laughter)
(Smiekli)
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.
Un jūs pilnīgi nekad, itin nekad varēsiet sākt ar nevainojamu reputāciju, vēstures un pārmantojamības dēļ. Tātad, organismiem ir šī svarīgā vēsture. Patiesībā evolūcija drīzāk darbojas kā eksperimentētājs, nevis inženieris. Tas ir patiešām svarīgi, jums sākot pētīt dzīvniekus. Tā vietā mēs uzskatām, ka jums ir jāiedvesmojas no bioloģijas. Jums ir nepieciešams atklāt dabas pamatprincipus, un pēc tam izmantot šīs analoģijas savā labā. To darīt ir īsts izaicinājums, jo jums ieskatoties dzīvnieku iekšienē, kā tie darbojas, tie šķiet bezcerīgi sarežģīti. Tiem nav konstrukciju plānu detalizēta vēsture, tie nav nekur pieejami. To savienojumiem ir pārlieku daudz kustības, tiem ir pārlieku daudz muskuļu. Pat visvienkāršākajam dzīvniekam, ko iedomājamies, piemēram, kukainim ir daudz vairāk neironu un savienojumu, nekā jūs spējat iedomāties.
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.
Kā to var izprast? Labi, mēs uzskatījām un pieņēmām, ka viens veids, kā dzīvnieki varētu strādāt, ir ja to kustību kontrole, būtu iebūvēta pašos ķermeņos. Mēs atklājām, ka divu, četru, sešu un astoņkājainie dzīvnieki, tiem pārvietojoties, rada vienādus spēkus uz zemi. Viņi visi darbojas kā šis ķengurs, viņi lēkā. Viņus var modelēt kā atsperes-masas sistēmu, ko mēs arī saucam par atsperes-masas sistēmu, jo mēs esam biomehāniķi. Faktiski tas ir lekājamais sienāzis. Tie visi rada lēkājamā sienāža izkārtojumu. Kā tas var būt? Piemēram, cilvēkam viena no kājām darbojas kā rikšojoša suņa divas kājas, vai kā rikšojošam kukainim trīs kājas darbojas kopā kā viena, vai kā rikšojošam krabim četras kājas kā viena. Un tad tās mainās, veidojot virzējspēku, bet visi izkārtojumi ir vienādi. Gandrīz visiem organismiem, uz kuriem mēs šādi skatījāmies, nākamnedēļ jūs redzēsiet, es došu jums mājienu, iznāks raksts, kurā tiks minēts, ka tādi milzeņi kā piemēram tiranozaurs, droši vien to nevar izdarīt, taču jūs to redzēsiet nākamajā nedēļā.
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.
Kas ir interesanti dzīvniekos, kad mēs sakām šādi lēkā vertikāli, un mūsu sadarbībā ar Pixar, filmā "Kukaiņu dzīve", mēs apspriedām skudru tēlu divkājaino dabu. Mēs viņiem, protams, pateicām, tie tāpat kustas arī citā plaknē. Viņi uzdeva mums šo jautājumu. Viņi vaicāja: "Kāpēc modelis ir tikai sagitālajā vai vertikālā plaknē, jums sakot, ka šie dzīvnieki pārvietojas horizontālajā plaknē?" Tas ir labs jautājums. Bioloģijā līdz šim šādi neviens nekad nav modelējis. Mēs ņēmām vērā viņu padomu un modelējām dzīvnieku kustību arī horizontālajā plaknē. Mēs paņēmām viņu trīs kājas, un mēs tās salikām kopā kā vienu. Mēs dabūjām dažus no labākajiem matemātiķiem pasaulē no Princetonas strādāt pie šīs problēmas. Un mums izdevās izveidot modeli, kurā dzīvnieki ne tikai lēkā uz augšu un uz leju, bet tie tajā pašā laikā lēkā arī no viena sāna uz otru . Un daudziem organismiem varam piemērot šādu modeli. Kādēļ šis modelis ir tik nozīmīgs? Tādēļ, ka tas ir ļoti interesanti. Ja jūs šo modeli paņemat un sakustināt vai pagrūžat, tas it kā pret kaut ko atdurtos, tas sevi līdzsvaro bez smadzenēm vai refleksiem, pateicoties vienai pašai struktūrai. Tas ir skaists modelis. Apskatīsim matemātiku.
(Laughter)
(Smiekli)
That's enough!
Nu jau gana!
(Laughter)
(Smiekli)
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.
Skatoties uz dzīvniekiem skrējienā, tie sevi šādi līdzsvaro, izmantojot tikai atsperīgas kājas. Proti, kājas spēj veikt patstāvīgus aprēķinus, vadības algoritmi, savā ziņā, ir iebūvēti paša dzīvnieka formā. Kāpēc mēs neesam vairāk iedvesmojušies no dabas un šāda veida atklājumiem? Nu, es gribētu iebilst, ka cilvēku tehnoloģijas ir ļoti atšķirīgas no dabas tehnoloģijām, vismaz tās, kas ir bijušas līdz šim. Padomājiet par tipiskāko robotu, kādu varat iedomāties. Cilvēka tehnoloģijām ir tendence būt lielām, plakanām, ar taisniem leņķiem, stīvām, izgatavotām no metāla. Tām ir rites elementi un asis. Ir ļoti maz motoru, ļoti maz sensoru. Kamēr daba mēdz būt maza, liekta, un tā lokās un griežas, un pretēji tai ir kājas, izaugumi un ir daudz muskuļu un daudzi, jo daudzi sensori. Tā kā tas ir ļoti atšķirīgs dizains. Tomēr, kas mainās, un kas ir ļoti aizraujoši, es jums tūliņ parādīšu, ka, ja cilvēku tehnoloģijas pārņem vairāk dabas īpašības, tad daba patiešām var kļūt par daudz noderīgāku skolotāju.
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.
Lūk, viens patiesi aizraujošs piemērs. Šis ir no mūsu sadarbības ar Stenfordu. Viņi attīstīja šo jauno tehniku, sauktu par Formu uzkrāšanas ražošanu. Tā ir tehnika, kurā viņi var sajaukt kopā materiālus un izveidot jebkuru formu, kādu viņiem vajag, ar noteiktām materiāla īpašībām. Tie var iebūvēt sensorus un aktuatorus tieši pašā formā. Tā, piemēram, lūk, kāja: caurspīdīgā daļa ir stīva, baltā daļa ir elastīga, un jums vairs nav nepieciešamas asis vai kas tamlīdzīgs. Tā skaisti lokās pati par sevi. Tātad, jūs šīs īpašības varat ielikt. Tas viņus iedvesmoja parādīt šo konstrukciju, izgatavojot robotiņu, kuru viņi nosauca par Atgāzēju. Mūsu darbs iedvesmoja arī citu robotu, bioloģiski iedvesmotu lēkājošo robotu no Mičiganas un Makgila universitātes, ar nosaukumu RHex, kurš ir autonoms seškājis. Nu pāriesim pie video un ļaujiet man jums parādīt dažus no šiem dzīvniekiem kustībā un pēc tam dažus no vienkāršajiem robotiem, kuri ir iedvesmoti no mūsu atklājumiem. Daži no jums to darīja šorīt, lai gan jūs to darījāt ārā, ne uz skrejceliņa. Lūk, ko mēs darām.
(Laughter)
(Smiekli)
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.
Lūk, miroņgalvas prusaks. Lūk, amerikāņu prusaks, kas, jūsuprāt, nav jūsu virtuvē. Lūk, astoņu kāju skorpions, sešu kāju skudra, četrdesmit četru kāju simtkājis. Kā jau minēju, visi šie dzīvnieki darbojas līdzīgi kā lēkājamais sienāzis, tie lēkā līdz ar kustību. Jūs to varat redzēt Panamas un Ziemeļkarolīnas pludmalēs sastopamā spokkrabja. Skrienot tas var sasniegt līdz pat četriem metriem sekundē. Tas faktiski palecas gaisā, un tam esot gaisā, rikšo līdzīgi zirgam, un jūs redzat kā tas palecas. Mēs atklājām, ka, skatoties uz cilvēka kāju, piemēram, Ričarda, vai prusaka, vai krabja, vai ķengura, relatīvais kājas atsperes stīvums ir tāds pats, kā visiem līdz šim redzētajiem. Kāds gan ir labums no spriganām kājām? Ko tās spēj paveikt? Mēs vēlējāmies redzēt, vai tās ļauj dzīvniekiem iegūt labāku līdzsvaru un manevrētspēju. Tātad, mēs izveidojām reljefu ar šķēršļiem, kuri bija trīsreiz augstāki par pētāmā dzīvnieka gurniem. Mēs bijām pārliecināti, ka viņi nevarētu tos pārvarēt. Un, lūk, ko viņi izdarīja. Dzīvnieks pārskrēja pāri un tas pat nepalēninājās! Tas vispār nesamazināja savu vēlamo ātrumu. Mēs neticējām, ka tās tā varētu notikt. Tas mums lika secināt, ka, ja jūs varētu izveidot robotu ar ļoti vienkāršām atsperīgām kājām, jūs varētu to izgatavot tik manevrētspējīgu kā jebkuru, kas jebkad ir ticis uzbūvēts.
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.
Lūk, pirmais piemērs. Tas ir Stenfordas Formu uzkrāšanas ražots robots, saukts par Atgāzēju. Tam ir sešas noregulētas un atsperīgas kājas. Tas kustās kukaiņu gaitā, un, lūk, tas pārvietojoties pa skrejceļu. Būtiskais šajā robotā, salīdzinājumā ar citiem robotiem, ir tas, ka tas neko neredz, tas nevar neko sajust, tam nav smadzeņu, taču tas bez jelkādām grūtībām var manevrēt pāri šiem šķēršliem. Šī ir tehnoloģija iebūvējot īpašības formā. Lūk, aspirantūras students. Un, lūk, ko viņš dara savai disertācijai, ļoti izturīgs, ja doktorants to dara savam disertācijas projektam.
(Laughter)
(Smiekli)
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
Šis nāk no Makgila un Mičiganas universitātes. Tas ir RHex, veicot tā pirmā izbrauciena demonstrāciju.
(Laughter)
(Smiekli)
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.
Tas pats princips: tam ir tikai sešas kustīgās daļas, seši motori, taču tam ir atsperīgas, noregulētas kājas. Tas pārvietojas kukaiņu gaitā. Tā vidējā kāja kustas sinhroni ar priekšējo, un pakaļkāju otrā pusē. Savā ziņā mainīgs trejkājis un tie var pārvarēt šķēršļus, tāpat kā dzīvnieki.
(Laughter)
(Smiekli)
(Voice: Oh my God.)
(Balss: Ak mans Dievs.)
(Applause)
(Aplausi)
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.
Roberts Fuls: Tas dosies pa dažādām virsmām, lūk, smilts lai gan mēs vēl neesam pilnveidojuši kājas, taču es par to runāšu vēlāk. Lūk, RHex, ieejot mežā.
(Laughter)
(Smiekli)
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.
Atgādinu vēlreiz, šis robots nevar neko redzēt, tas nevar neko sajust, tam nav smadzeņu. Tas darbojas tikai ar noregulēto mehānisko sistēmu, ar ļoti vienkāršām detaļām, iedvesmojoties no dzīvnieka būtiskās dinamikas. (Balss: Ah, es mīlu viņu, Bob.) RF: Te tas iet lejup. Es šo prezentēju NASA Reaktīvo kustību laboratorijai un viņi teica, ka viņiem uz Marsa nebija iespējams krāteros doties lejup ledus, un tādējādi arī dzīvības meklējumos. Jo īpaši roboti ar kājām, jo tie ir pārlieku sarežģīti, viņš piemetināja. Nekas nevar to paveikt. Es turpināju stāstīt un parādīju viņiem šo video ar vienkāršā dizaina RHex. Un tikai tāpēc, lai viņus pārliecinātu ka mums 2011. gadā vajadzētu doties uz Marsu, es video ietonēju oranžu, tikai lai radītu viņiem sajūtu, ka esam uz Marsa.
(Laughter)
(Smiekli)
(Applause)
(Aplausi)
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?
Vēl viens iemesls, kādēļ dzīvnieki ir ārkārtēji spējīgi un var nokļūt visur, ir tāpēc, ka tiem ir efektīva saziņa ar vidi. Dzīvnieks, kuru es grasos jums parādīt, un kuru mēs pētījām, ir gekons. Mums viens ir šeit, ievērojiet viņa pozīciju. Tas turas. Nu es jūs izaicināšu. Es parādīšu jums video. Viens no dzīvniekiem skries pa zemi un otrs skries augšā pa sienu. Kurš ir kurš? Viņi veic metru sekundē. Cik daudzi domā, ka kreisajā pusē esošais skrien pa sienu?
(Applause)
(Aplausi)
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.
Labi. Lieta tāda, ka to tiešām ir grūti pateikt, vai ne? Tas ir neticami, mēs apskatījām studentus to darot un viņi nevarēja pateikt. Tās var skriet pa sienu metru sekundē, 15 soļus sekundē, un tie izskatās tā, it kā tie darbotos uz zemes. Kā tas notiek? Tas ir vienkārši fenomenāli. Labajā pusē esošais dodas augšup pa nogāzi. Kā tie to dara? Tiem ir savādi pirksti. Tiem ir pirksti, kas izrullējas kā svētku svilpe, jums to pūšot un pēc tam nolīp no virsmas kā, piemēram, lente. Piemēram, ja mums tagad būtu gabaliņš lentes, tad mēs to noplēstu šādā veidā. Viņi to dara ar saviem pirkstiem. Tas ir dīvaini! Šis nolipšana iedvesmoja iRobotu, ar ko mēs sadarbojāmies, lai uzbūvētu Mekogekonus. Lūk, kāju un vilcēja versija, vai buldozera versija. Nu paskatīsimies uz gekonu kustībām dažos video un tad es jums mazliet parādīšu robotu klipu. Lūk, gekons skrienot pa vertikālu virsmu. Tas notiek reālajā laikā. Tas pats vēlreiz. Protams, mums nācās to mazliet palēnināt.
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.
Jūs nevarat izmantot parastās kameras. Lai redzētu šo, jums ir jāuzņem 1000 attēlus sekundē. Lūk, daži video ar 1000 kadriem sekundē. Nu es vēlos, lai jūs pievērstu uzmanību dzīvnieka mugurai. Jūs redzat, cik tas šādi lokas? Mēs nespējām to izprast, tas ir neatrisināts noslēpums. Mēs nezinām, kā tas darbojas. Ja jums ir dēls vai meita, kas vēlas doties uz Berkliju, nāciet uz manu laboratoriju un mēs to noskaidrosim. Labi, sūtat tos uz Berkliju tāpēc, ka tā ir nākamā lieta, ko es gribu izdarīt. Lūk, gekonu dzirnavas.
(Laughter)
(Smiekli)
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.
Tas ir caurskatāms skrejceliņš ar caurskatāmu skrejceliņa lenti, lai mēs varētu redzēt dzīvnieka pēdu un filmēt to izmantojot skrejceļa lenti, lai redzētu, kā viņi pārvietojas. Lūk, dzīvnieks, kas skrien pa vertikālu virsmu. Izvēlieties kāju un mēģinat uz to skatīties un redzēsim vai jūs varat redzēt kā dzīvnieks to dara. Redzat to rullējam un pēc tam nolipinām pirkstus. Tas to var izdarīt 14 milisekundēs. Tas ir neticami. Lūk, roboti, ko tie iedvesmoja, Mecho-Geckos no iRobot. Vispirms mēs redzēsim dzīvnieku pirkstu atlipšanu, paskat tik. Un šeit Mecho Gecko pīlinga darbība. Lai to darītu, tas izmanto spiedienjutīgu līmi. Dzīvnieku pīlings. Mecho-Gecko - pīlings kas ļauj tiem kāpt autonomi. Var doties pa plakanu virsmu pāriet uz sienu, un pēc tam pāriet uz griestiem. Šī ir buldozera versija. Tagad, tas neizmanto spiedien-jutīgo līmi. Dzīvnieks to neizmanto. Bet šajā brīdī mēs esam ar to ierobežoti.
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.
Ko dara dzīvnieks? Dzīvniekam ir dīvaini pirksti. Un, ja jūs paskatītos uz pirkstiem, tiem ir mazas lapiņas, un ja jūs tās pašķirtu un pietuvinātu, jūs redzēsiet ka šīm lapām ir mazas svītras. Un ja jūs pietuvinātu 270 reizes, jūs redzēsiet, tas izskatās kā paklājiņš. Un ja jūs pašķirat to un pietuvinātu 900 reizes, jūs redzēsiet ka šeit ir mati, sīki matiņi. Un, ja jūs uzmanīgi skatīsiet, šīm sīkajām matiņiem ir svītras. Un, ja jūs pietuvinātu tos 30 000 reizes, jūs redzēsiet, ka katra mata gals ir sašķelts. Un, ja jūs tos palielināsiet, tām galā ir šīs mazās struktūras. Mazākais matiņa zars izskatās kā lāpstiņa, un dzīvniekam, kā piemēram šim, ir miljards šādu nano lieluma sadalīti gali, lai piekļūtu ļoti tuvu virsmai. Patiesībā, šis ir jūsu matu diametrs - un gekonam šādu ir divi miljoni, un katram matam ir 100 līdz 1000 šķeltu galu. Ja iespējams, padomājiet par šādu kontaktu.
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.
Mums ir paveicies strādāt ar kādu citu grupu Stenfordā, kas izveidoja mums īpašu jūtīgu sensoru, līdz ar to mēs varējām nomērīt individuālā mata spēku. Lūk, atsevišķs mats ar sašķeltu galu. Mērot spēkus, tie bija milzīgi. Viņi bija tik lieli, ka šāda lieluma matu saišķis -- ar Gekona kāju viegli varētu atbalstīt mazu bērnu, kas svērtu apmēram 40 mārciņas. Tagad, kā viņi to dara? Mēs to nesen atklājām. Vai viņi to dara ar berzi? Nē, spēks ir pārāk mazs. Vai viņi to dara elektrostatiski? Nē, jūs varat izmainīt lādiņu - tie joprojām turēsies. Vai viņi to dara ar saķeršanos? Tas ir Velcro līdzīgs veids. Nē, jūs varat viņus nolikt uz molekulāri gludām virsmām - tie to dara. Kā būtu ar sūkšanu? Tie pieķeras vakuumā. Kā ar mitru saķeri? Vai kapilāru saķeri? Tiem nav nevienas līmes, un viņi tikpat labi pielīp arī zem ūdens. Ja jūs ieliekat viņu kāju zem ūdens, viņi pieķeras. Kā tad viņi to dara? Ticiet vai nē, tie pieķeras uz starpmolekulāriem spēkiem, Van der Waals spēkiem.
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.
Jūs zināt, iespējams, ka tas jums bija sen ķīmijā, kur bija šie divi atomi, tie ir cieši blakus, un elektroni pārvietojas apkārt. Šis mazais spēks ir pietiekošs lai ļautu viņiem to darīt, jo tas ir pievienots tik daudzas reizes ar šīm mazām struktūrām. Tas ko mēs darām, ir ka mēs ņemām iedvesmu no matiņiem, un kopā ar citu kolēģi no Berklijas, mēs tos ražojam. Un tikai nesen mēs veicām sasniegumu, kam mēs tagad ticam mēs izveidosim pirmo, sintētisku pašattīrošo sauso līmi. Daudziem uzņēmumiem par šo ir interese.
(Laughter)
(Smiekli)
We also presented to Nike even.
Mēs esam to prezentējuši arī Nike.
(Laughter)
(Smiekli)
(Applause)
(Aplausi.)
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.
Mēs redzēsim kur mēs nokļūsim. Mēs par šo esam tik sajūsmināti, ka mēs izveidojām šo mazā mērogā-- un kur viss kļūst lipīgs un gravitācijai vairs nav nozīmes -- mums vajadzēja iepazīties ar skudrām un to kājām, jo viens no maniem Berklijas kolēģiem uzbūvēja sešu milimetru silikona robotu ar kājām. Bet tas iestrēga. Tas nespēja ļoti labi pārvietoties. Bet skudras to dara, un mēs izdomāsim kāpēc, tā ka galu galā mēs liksim šim kustēties. Un Iedomājieties: jums būs iespēja iegūt skrienošus sešu milimetru robotu barus. Kurp tas ved? Manuprāt, jūs to varat jau redzēt.
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.
Protams, Internetam jau tagad ir acis un ausis, jums ir kameras un tā tālāk. Bet tam būs arī kājas un rokas. Jūs varēsiet veikt programmēšanas darbus ar šāda veida robotiem, tā lai jūs varētu skriet, lidot un peldēties jebkur. Mēs redzējām, Deividu Kelliju un viņa zivis ir pašā sākumā. Tātad, kopsavilkumā šķiet, ka vēstījums ir skaidrs. Ja jums ir nepieciešams ziņojums, ja daba nav pietiekami, ja jums rūp meklēšanas un glābšanas, vai atmīnēšanas un medicīna, vai dažādas lietas, ko mēs strādājam, mums ir jāsaglabā dabas dizainu, citādi šie noslēpumi tiks zaudēti uz visiem laikiem. Paldies.
(Applause)
(Aplausi.)