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?
Witam. Mogę prosić o pierwszy slajd? Wbrew obliczeniom pewnych inżynierów pszczoły latają delfiny pływają a gekony potrafią wspinać się pionowo nawet po najgładszych powierzchniach. Chciałbym teraz na chwilę dać wam doświadczyć swego rodzaju dreszczu emocji odkrywania projektów przyrody Mnie to uczucie nie opuszcza i jest ono po prostu niesamowite. Chciałbym się podzielić z wami choć małą jego częścią podczas tej prezentacji. Wyzwanie obserwowania technik, które stosuje natura -- A opowiem wam w jaki sposób je odkrywamy i wykorzystujemy -- Wyzwaniem jest odpowiedź na następujące pytanie: Jakie jest źródło tej nadzwyczajnej zdolności zwierząt do poruszania się niemal w każdym środowisku? I jeżeli udałoby się je odkryć to jak zastosować je do naszych celów?
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.
Wielu biologów powie inżynierom że organizmy miały miliony lat by to osiągnąć, taką widowiskową, cudowną skuteczność. A więc odpowiedzią jest biomimetyka - bezpośrednie wzorowanie się na naturze. Wiemy z naszych prac nad zwierzętami, że to dokładnie to, czego nie chcemy robić. Ponieważ ewolucja działa na zasadzie "wystarczy, żeby działało", nie osiąga perfekcji. Jeżeli przyjrzeć się ograniczeniom w budowie organizmów, są one naprawdę spore. Technologie naturalne mają ogromne ograniczenia. Pomyślcie - gdybyście byli inżynierami a ja kazałbym wam zbudować pojazd, ale na początek musi być taki duży, potem musi urosnąć do właściwego rozmiaru, nie zaprzestając działania w trakcie. Powiem więcej - budując go nie możecie zapomnieć o umieszczeniu w jego środku fabryki pozwalającej wytworzyć kolejny pojazd.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
I nie moglibyście nigdy, przenigdy, z powodu dziedzictwa z przeszłości zaczynać od na czysto od zera. Dziedzictwo przeszłości jest w przyrodzie bardzo ważne. Ewolucja działa bardziej jak majsterkowicz niż jak inżynier. To niezwykle ważne kiedy przyglądamy się zwierzętom. Nie zawsze wiara w inspirację biologią jest dobra. Trzeba poznać ogólne zasady rządzące przyrodą. i tworzyć analogie kiedy są one korzystne. Osiągnięcie tego jest prawdziwym wyzwaniem, ponieważ zwierzęta - kiedy przyjrzeć się bliżej działaniu ich organizmów - wydają się niewyobrażalnie złożone. Nie ma szczegółowej dokumentacji projektu, w której można by wszystko znaleźć. Ich stawy mają za dużo stopni swobody, mają zbyt wiele mięśni, - nawet najprostsze zwierzę jakie można wymyślić, np. owad, mając przy tym więcej neuronów i połączeń niż możecie sobie wyobrazić.
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.
Jak można odnaleźć w tym sens? Wierzyliśmy i przypuszczaliśmy, że jedynym prostym wyjaśnieniem mechanizmów poruszania się zwierząt jest sterowanie ich ruchami zawarte w samej budowie ich ciała. Odkryliśmy, że dwu-, cztero-, sześcio- i ośmionożne zwierzęta kiedy się poruszają - wywierają na podłoże takie same siły. Wszystkie działają jak ten kangur, odbijają się. Można je modelować jako układ sprężyna-masa który nazywamy układem sprężyna-masa gdyż jesteśmy biomechanikami, ale to właściwie coś jak kij pogo. Wszystkie działają na wzór kija pogo. Jak to możliwe? U ludzi jedna noga działa jak dwie łapy idącego psa albo jak trzy odnóża poruszającego się owada lub też cztery nogi maszerującego kraba. Poruszają się naprzemiennie, według tego samego wzoru Działają tak niemal wszystkie organizmy które badaliśmy - zobaczycie w przyszłym tygodniu. Zdradzę wam, że będzie artykuł omawiający naprawdę ciekawe rzeczy, np. Tyranozaur nie mógł się tak poruszać - to w przyszłym tygodniu.
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.
Jest ciekawe, że zwierzęta kołyszą się w płaszczyźnie pionowej. Podczas naszej współpracy z Pixarem nad "Mrówką Z" dyskutowaliśmy o dwunożnej postawie filmowych mrówek. Powiedzieliśmy im oczywiście, że poruszają się też w innych płaszczyznach i wtedy zapytali nas: "Czemu modelujemy ruch tylko płaszczyźnie pionowej, wzdłużnej lub poprzecznej skoro mówicie nam, że zwierzęta te poruszają się w płaszczyźnie poziomej?". Dobre pytanie. Nikt w biologii nie modelował tego nigdy w ten sposób. Poszliśmy za ich radą i zamodelowaliśmy zwierzęta poruszające się również w płaszczyźnie poziomej. Wzięliśmy ich trzy odnóża, połączyliśmy je razem jako jedno, zaprosiliśmy jednych z najlepszych matematyków na świecie, z Uniwersytetu Princeton, do pracy nad tym zagadnieniem. Udało nam się stworzyć model w którym zwierzęta nie tylko kołysały się w górę i w dół, ale równocześnie także na boki Wiele organizmów pasuje do tego schematu. Jednak czemu ten model jest taki ważny? Ponieważ jest bardzo ciekawy. Kiedy weźmie się taki model i zakłóci się jego pracę, popchnie się go jakby zderzył się z czymś, on sam się ustabilizuje, bez udziału mózgu i odruchów, wyłącznie w oparciu o własną budowę. To piękny model. Spójrzmy na równania.
(Laughter)
(Śmiech)
That's enough!
Wystarczy.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Zwierzęta, kiedy spojrzymy na nie w biegu, wydają się być samostabilne jak to, używając tylko sprężynujących nóg. Oznacza to, że nogi mogą same wykonywać obliczenia, a algorytmy sterujące są w pewnym sensie wbudowane w sam kształt zwierzęcia. Czemu nie czerpaliśmy inspiracji z przyrody i tym podobnych odkryć? Cóż, powiedziałbym, że ludzkie technologie bardzo różnią się od naturalnych, przynajmniej jak dotąd. Pomyślcie o typowym robocie z jakim się spotkaliście. Wynalazki ludzi są zazwyczaj duże, płaskie kanciaste, sztywne, metalowe. Mają koła i przeguby. Nie maja zbyt wiele napędów, czujników. Tymczasem twory natury są małe, zaokrąglone, wyginają się i skręcają, mają nogi zamiast kół. i całe mnóstwo mięśni i czułek. Style są więc bardzo odmienne. Jednakże, co się zmienia i co naprawdę ekscytujące - i co zaraz wam pokażę- że jeśli ludzka technologia czerpie więcej z cech przyrody, wtedy przyroda może stać się znacznie lepszym nauczycielem.
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.
Tu jeden szczególnie ciekawy przykład - nasza współpraca z Uniwersytetem Stanford. Rozwinęli nową technikę zwaną Shape Deposition Manufacturing To technika pozwalająca mieszać różne materiały i formować dowolne kształty, posiadające cechy tych materiałów. Mogą zintegrować czujniki i napędy bezpośrednio w kształtce. Na przykład ta noga -- przezroczysta część jest sztywna, część biała jest giętka - nie są już potrzebne żadne przeguby. Sama ładnie się zgina. Zainspirowało to ich do zaprezentowania tego projektu poprzez stworzenie małego robota, którego nazwali Sprawl. Nasze prace również zaowocowały budową inspirowanego biologią, kołyszącego się robota, na Uniwersytecie w Michigan i Uniwersytecie McGill nazywanego RHex od "robot sześcionóg", jest on autonomiczny. Przejdźmy do filmu i zobaczmy kilka z tych zwierząt w ruchu, a potem parę prostych robotów, inspirowanych naszymi odkryciami. To część z was robiła dziś rano, tyle że na zewnątrz zamiast na bieżni. A oto czym się zajmujemy.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
To karaczan brazylijski -- a to amerykański karaluch, nie chcielibyście go znaleźć w swojej kuchni. Tu ośmionożny skorpion, sześcionożna mrówka, stonoga o 44 nogach Mówiłem, że wszystkie te zwierzęta poruszają się na zasadzie kija pogo -- Kołyszą się wzdłuż kierunku ruchu, co możecie sami zauważyć u tego kraba-zjawy z plaż Panamy i Północnej Karoliny. Biega z prędkością do 4 metrów na sekundę. Właściwie wybija się w górę i momentami jest cały w powietrzu jak galopujący koń; zobaczcie że też się kołysze. Odkryliśmy, że niezależnie czy patrzymy na nogę człowieka np. Richarda, czy też karalucha, kraba albo kangura względna sprężystość tych nóg jest taka sama w każdym przypadku, jaki dotąd analizowaliśmy. Jaka jest korzyść ze sprężystych nóg, co potrafią ? Chcieliśmy zobaczyć czy zapewniają zwierzętom większą stabilność i sterowność. Zbudowaliśmy więc tor z przeszkodami trzy razy wyższymi niż wysokość bioder badanych zwierząt i byliśmy pewni, że sobie z tym nie poradzą. Popatrzcie, co zrobiły. Owad przebiegł nad nimi i nawet nie zwolnił. Zupełnie nie zmienił swojej zwykłej prędkości. Nie mogliśmy w to uwierzyć. Uświadomiło nam to, że gdybyśmy zbudowali robota z prostymi sprężystymi nogami mógłby być bardziej sterowny niż wszystkie dotychczasowe.
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.
Tutaj pierwszy przykład, wykonany na Stanford w technice Shape Deposition, robot Sprawl. Ma sześć nóg - regulowanych sprężystych nóg. Chodzi podobnie do owadów, a tutaj porusza się po bieżni. Ważną cechą tego robota w porównaniu do innych jest to, że nic nie widzi ani nie czuje, nie ma mózgu, a mimo to potrafi przebrnąć przez takie przeszkody bez większej trudności - dzięki technice nadawania kształtom właściwości. To jest student 5 roku, a oto co robi ze swoją pracą magisterską Całkiem solidne, jeżeli student może tak potraktować swoją pracę.
(Laughter)
(Śmiech)
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
To robot RHex z McGill i Uniwersytetu Michigan na swoim pierwszym pokazowym wypadzie.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Ta sama zasada - ma tylko 6 ruchomych części. Sześć silników, ale ma też sprężyste, regulowane nogi. Chodzi jak owad, środkowa noga porusza się synchronicznie z przednią i tylnią po przeciwnej stronie. Taki naprzemienny trojnóg. Potrafią pokonywać przeszkody dokładnie tak, jak zwierzęta.
(Laughter)
(Śmiech)
(Voice: Oh my God.)
O Boże.
(Applause)
(Oklaski)
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.
Będzie chodził po różnych podłożach, tutaj piasek. chociaż stopy nie są jeszcze dopracowane, o tym powiem później. A oto RHex wkraczający do lasu.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Ten robot również nic nie widzi, nic nie czuje i nie ma mózgu. To tylko urządzenie mechaniczne zbudowane z bardzo prostych części - ale inspirowane dynamiką ruchów zwierząt. Uwielbiam go, Bob. Tutaj idzie chodnikiem. Pokazałem to w laboratorium napędów odrzutowych w NASA, powiedzieli mi, że nie mieli możliwości schodzić do kraterów w poszukiwaniu lodu. i śladów życia na Marsie. Jak mówili - szczególnie dotyczyło to robotów kroczących, były zbyt skomplikowane. Nic nie dało się zrobić. Potem ja pokazałem im ten film z prostym projektem RHex żeby przekonać ich, że powinniśmy lecieć na Marsa w 2011. Przygotowałem film w pomarańczowym odcieniu żeby stworzyć im wrażenie, że są na Marsie.
(Laughter)
(Śmiech)
(Applause)
(Oklaski)
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?
Kolejnym powodem, dla którego zwierzęta świetnie radzą sobie z poruszaniem się, jest ich skuteczna interakcja z otoczeniem. Zwierzę, które zaraz wam pokaże badaliśmy pod tym kątem - to gekon. Mamy tutaj jednego, zwróćcie uwagę na jego położenie. Trzyma się. Zadam wam zagadkę. Pokażę wam film. Jeden gekon będzie biegł w poziomie, a drugi pionowo po ścianie. Zgadnijcie który jest który ? Biegną z prędkością jednego metra na sekundę. Ile osób uważa, że ten po lewej biegnie po ścianie.
(Applause)
(Oklaski)
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. Widzicie, że trudno to właściwie zgadnąć, prawda ? To niesamowite, zrobiliśmy ten test ze studentami, mieli ten sam problem. Potrafią się wspinać na ścianę metr na sekundę, 15 kroków na sekundę i sprawiają wrażenie biegających po ziemi. Jak one to robia ? To po prostu fenomenalne. To ten prawej wspinał się w górę. Jak to robią - mają nietypowe palce, rozkładające się jak urodzinowe piszczałki, kiedy się w nie dmucha. a potem odrywają je od powierzchni jak taśmę. Tak jakbyśmy odrywali kawałek taśmy klejącej. Robią tak ze swoimi palcami. Dość dziwaczne. To zrywanie zainspirowało naszych kolegów z iRobot do budowy Mecha-Gekona Tu w wersji chodzącej, traktorowej i buldożerowej. Zobaczmy gekony w ruchu na filmie, a potem pokażę wam parę scen z robotami. Tutaj gekon biegnie po pionowej powierzchni, o tutaj, w czasie rzeczywistym, i jeszcze raz. Jak widać trzeba to nieco zwolnić.
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.
Trzeba użyć specjalnych kamer nagrywających 1000 klatek na sekundę żeby to zobaczyć. To jest film z 1000 klatek na sekundę. Popatrzcie na jego plecy. Widzicie, jak bardzo się zgina ? Nie możemy tego rozgryźć -- to nierozwiązana zagadka. Nie wiemy jak to działa. Jeżeli wasz syn lub córka chcą studiować na Berkeley niech przyjdą do mojego laboratorium, rozwiążemy to. Tym będziemy się teraz zajmować. To jest gekonowa bieżnia.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
To bieżnia z przezroczystymi pasami, do obserwacji i filmowania stóp zwierząt, przez pas bieżni, aby zobaczyć jak się poruszają. To zwierzę które tu mamy biegnie po pionowej powierzchni, wybierzcie sobie jedną stopę i obserwujcie palce - popatrzcie co on nimi robi. Widzicie, rozkłada a potem odkleja palce. Robi to w 14 milisekund. Nieprawdopodobne. To roboty zainspirowane nimi, Mecha-Gekony firmy iRobot. Najpierw zobaczymy jak zwierzęta odklejają palce - popatrzcie. A teraz odklejanie u Mecha-Gekona - korzysta z czułego na nacisk kleju. Odklejanie u zwierzęcia, odklejanie u Mecha-Gekona, pozwala im wspinać się samodzielnie po płaskich powierzchniach przechodząc na ścianę, a potem na sufit. Wersja buldożerowa. Ale on nie używa kleju czułego na nacisk. Gekon tego nie robi. Nas na razie nie stać na więcej.
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.
Jak więc robi to gekon ? Ma nietypowe palce, i kiedy im się przyjrzeć - mają malutkie listki, po powiększeniu zobaczymy na nich małe prążki. Kiedy przybliżymy 270 razy, zobaczymy coś w rodzaju dywanu A po kolejnym, 900-krotnym powiększeniu ujrzycie tam włoski, a jeśli spojrzycie uważnie - - te włoski też mają prążki. Zbliżając je 30,000 razy, zauważycie, że włosy mają rozłożyste końcówki Mają na końcach specjalne małe struktury. Najmniejsze odgałęzienie włosa wygląda jak łopatka i takie zwierzę ma 1 miliard tych rozłożystych nano-końcówek przylegających do podłoża. Dla porównania - średnica naszego włosa, gekon ma 2 miliony takich, a każdy włos ma od 100 do 1000 rozłożystych końcówek. Pomyślcie, jakie to stwarza możliwości 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.
Mamy szczęście współpracować z inną grupą ze Stanford, która buduje specjalny czujnik którym można będzie zmierzyć oddziaływanie pojedynczego włosa. Tutaj pojedynczy włos z małą rozłożystą końcówką, kiedy mierzyliśmy siły, były ogromne, tak duże, że pukiel włosów tej wielkości jak stopa gekona mógłby utrzymać ciężar małego dziecka -- około 20kg, bez problemu. Jak to się dzieje ? Odkryliśmy to niedawno. Wykorzystują tarcie ? Nie, siła byłaby za mała. Przyciąganie elektrostatyczne ? Nie, można zmieniać ładunek a one dalej się trzymają. Może mają haczyki, jak rzepy ? Nie, można je umieścić na molekularnie gładkich powierzchniach - to nie to. A może przyssawki ? Nie, trzymają się też w próżni. Mokra adhezja ? Albo adhezja kapilarna ? Nie, nie mają żadnego kleju i dobrze utrzymują się w wodzie. Kiedy włoży się im stopy do wody - przyczepiają się. Jak one to robią ? Wierzcie lub nie, przyczepiają się dzięki oddziaływaniom międzycząsteczkowym, siłom van der Waalsa.
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.
Mieliście to pewnie dawno temu na chemii, tworzą się gdy dwa atomy są tak blisko siebie, ze ich elektrony zaczynają oddziaływać. Ta maleńka siła wystarcza im do tego, ponieważ jest wielokrotnie zsumowana dzięki tym mikrostrukturom. W naszej pracy wzorujemy się na tych włosach i produkujemy je razem z kolegą z Berkeley. Niedawno dokonaliśmy przełomu dzięki któremu - jak sądzimy będziemy mogli stworzyć pierwszy syntetyczny, samooczyszczający suchy klej. Wiele firm jest tym zainteresowanych
(Laughter)
[Linia geko-produktów ?] (Śmiech)
We also presented to Nike even.
Pokazywaliśmy to nawet u Nike.
(Laughter)
[Po prostu się trzymaj.] (Śmiech)
(Applause)
[Po prostu się trzymaj.] (Oklaski)
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.
Zobaczymy, co z tego wyniknie. Byliśmy tak podekscytowani kiedy dotarła do nas ta mikroskala, gdzie wszystko jest lepkie a grawitacja nie ma już takiego znaczenia. Postanowiliśmy zbadać mrówki i ich stopy - jeden z moich kolegów w berkeley zbudował szeciomilimetrowego krzemowego robota kroczącego. Niestety utknął - ma problemy z ruchem. Mrówki ich nie mają i chcemy dowiedzieć się czemu, żeby go poprawić. Wyobraźcie sobie, że będziemy mogli mieć latajace roje takich sześciomilimetrowych robotów. Dokąd to zmierza ? Myślę, że już widzicie.
Clearly, the Internet is already having eyes and ears, you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands. You're going to be able to do programmable work through these kinds of robots, so that you can run, fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish. So, in conclusion, I think the message is clear. If you need a message, if nature's not enough, if you care about search and rescue, or mine clearance, or medicine, or the various things we're working on, we must preserve nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever. Thank you.
Internet ma juz oczy i uszy, macie kamery internetowe itd. Ale będzie miał również ręce i nogi. Będziecie mogli pracować takimi robotami programując je tak, żeby biegać, latać i pływać nimi gdzie tylko zechcecie. Widzieliście na początku Davida Kelly'ego z jego rybą. Podsumowując - sądzę, że przesłanie jest jasne. Nawet jeśli sama przyroda to za mało, to jeśli ważne są dla nas akcje ratunkowe, rozbrajanie min, medycyna i wiele innych tematów nad którymi pracujemy, musimy ocalić projekty natury, bo możemy utracić jej sekrety na zawsze . Dziękuję.
(Applause)
(Oklaski)