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?
Bem-vindos. Poderia passar o primeiro slide, por favor? Ao contrário dos cálculos feitos por engenheiros, abelhas podem voar, golfinhos podem nadar, e lagartos podem escalar as superfícies mais lisas. Com o pouco tempo de que disponho, quero fazer com que cada um de vocês experimente, de certa maneira, o prazer de descobrir o design da natureza. Eu faço isso o tempo todo, e é incrível. Gostaria de compartilhar um pouco disto com vocês nesta palestra. O desafio de perceber o design da natureza -- e eu vou contar o jeito como nós o percebemos, e como o usamos. O desafio, é lógico, é responder a esta questão: O que faz com que estes animais tenham este desempenho a ponto de irem onde quer que queiram? E se nós descobríssemos um jeito de implementar estes designs?
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.
Bem, muitos biólogos dirão a engenheiros e outros, que os organismos levaram milhões de anos até chegarem a este ponto, que são espetaculares, e que podem fazer qualquer coisa espetacularmente bem, e que a resposta é biomímica -- copiar diretamente a natureza. Sabemos, de nosso trabalho com animais que, na verdade, isto é exatamente o que você não deve fazer. Porque a evolução trabalha sob o princípio do "bom-o-bastante", e não num princípio de aperfeiçoamento. E as limitações em construir um organismo, quando você olha para ele, são muito severas. As tecnologias naturais têm limitações incríveis. Pense a respeito. Se você fosse um engenheiro e eu dissesse que você teria que construir um automóvel, mas que ele teria que ser pequenininho, e que ele teria que crescer até ficar grande e que teria que funcionar durante todo o processo. Pense que se você construisse um automóvel, que você também teria que, dentro dele, colocar uma fábrica que permitiria construir outros automóveis.
(Laughter)
(Risos)
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.
Você nunca poderia, nunca, por causa do passado e da configuração herdada, começar por uma 'tabula rasa'. Então, organismos têm este passado importante. Na verdade, a evolução trabalha mais como um funileiro que como um engenheiro. E isto é muito importante quando você começa a prestar atenção nos animais. Ao invés disto, acreditamos que você precisa ser inspirado pela biologia. Você precisa descobrir os princípios gerais da natureza. e usar as analogias quando são vantajosas. E isto é um desafio e tanto, porque quando você começa a prestar atenção nos animais, ele parecem ser inacreditavelmente complexos. Não existe um memorial detalhado dos projetos anteriores, e você não pode consultá-lo em lugar nenhum. Eles têm movimentos demais nas suas juntas, músculos demais, mesmo o animal mais simples que podemos imaginar, algo como um inseto, tem mais neurônios e conexões que você pode imaginar.
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.
Como você pode racionalizar isto? Bem, acreditamos -- e formulamos hipóteses -- que eles poderiam funcionar de forma simples, se fizéssemos com que o controle de seus movimentos fosse construído junto com seus próprios corpos. Descobrimos que animais de duas, quatro, seis e oito pernas todos produzem as mesmas forças no chão quando se movimentam. Eles todos fazem como o canguru, eles pulam. E podem ser modelados através de um sistema de oscilador-massa, que chamamos de sistema de oscilador-massa porque somos bio mecânicos, na verdade é um pula-pula. Eles sempre produzem o padrão do pula-pula. Como assim? Bem, num humano, uma de suas pernas funciona como duas pernas de um cachorro trotando ou como três de um inseto no trote, ou quatro de um carangueijo trotando. E elas alternam na propulsão, mas os padrões são sempre os mesmos. Quase todos os organismos que estudamos -- vocês verão na próxima semana -- Vou dar uma dica, haverá um artigo saindo que diz que coisas grandes como o T. Rex provavelmente não podiam fazer isto, mas vocês verão na semana que vem.
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.
O que é interessante é que os animais que mencionamos pulam no plano vertical deste modo, e em colaboração com a Pixar em "Vida de inseto", discutimos a natureza bípede dos personagens das formigas. E dissemos que elas se movem no outro plano também, e nos fizeram a seguinte pergunta. "Por que modelar somente o plano sagital (ou o vertical), quando está nos dizendo que se movem no plano horizontal?" Esta é uma boa questão. Nenhum biólogo modelou deste jeito antes. Aceitamos o conselho e modelamos o animal se movendo no plano horizontal também. Pegamos três pernas, agrupamos em uma só, chamamos os melhores matemáticos no mundo de Princeton para resolver a questão. E conseguimos criar um modelo no qual os animais não só pulam para cima e para baixo, mas também de um lado para o outro ao mesmo tempo. E muitos organismos se encaixam neste padrão. Mas por que é importante chegar a este modelo? Porque é interessante. Quando pegamos este modelo e o perturbamos, damos um empurrão, quando ele bate em alguma coisa, ele se auto-estabiliza, sem cérebro, ou sem reflexos, apenas por sua estrutura. É um modelo bonito. Vamos dar uma olhada na matemática.
(Laughter)
(Risos)
That's enough!
Pronto!
(Laughter)
(Risos)
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.
Os animais, quando olhamos eles correndo parecem se auto-estabilizar assim, usando basicamente pernas elásticas. Isto é, as pernas podem processar por si mesmas, os algoritmos de controle estão inseridos de certo modo, na forma do próprio animal. Por que não nos inspiramos na natureza e por este tipo de descoberta mais frequentemente? Bem, eu diria que as tecnologias humanas são realmente diferentes das tecnologias naturais, ao menos têm sido até agora. Pense no típico robô que você vê. Tecnologias humanas tendem a ser grandes, planas, com ângulos retos, duras, feitas de metal. Elas têm rolamentos e eixos. Existem poucos motores, poucos sensores. Enquanto a natureza tende a ser pequena, e curva, e ela se curva e torce e têm pernas em vez de apêndices, e tem muitos músculos e muitos e muitos sensores. Portanto, é um design muito diferente. E no entanto, o que está mudando -- e eu vou mostrar para vocês em breve -- é que quanto mais a tecnologia humana tomar emprestado características da natureza, mais a natureza pode se tornar um professor eficiente.
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 aqui está um exemplo que é muito interessante. Esta é uma colaboração que temos com Stanford. E eles desenvolveram uma técnica chamada Produção de Deposição de Formas. É uma técnica na qual eles podem misturar materiais e moldar qualquer forma que queiram, e colocar as propriedades do material. Podem colocar sensores e atuadores dentro de própria forma. Por exemplo, aqui está uma perna -- a parte transparente é dura, a parte branca é adaptável, e você não precisa de nenhum eixo ou coisa parecida. Ela simplesmente se curva de forma elegante. Portanto, você pode por estas propriedades lá. Isto os inspirou a mostrar este design produzindo um robozinho batizado de Sprawl. Nosso trabalho também inspirou outro robô, um robô pulador, inspirado pela biologia, da Universidade do Michigan e McGill batizado de RHex, por ser um robô hexápode, e ele é autônomo. Vamos ver o vídeo e deixem-me mostrar alguns destes animais se movendo. Então, estes são alguns dos robôs mais simples que foram inspirados em nossas descobertas. Isto é o que alguns de vocês fizeram hoje pela manhã, embora tenham feito ao ar livre e não na esteira ergométrica. Aqui é o que nós fazemos.
(Laughter)
(Risos)
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.
Esta é uma barata -- do tipo americana que você pensa que não tem em sua cozinha. Este é um escorpião de oito pernas, uma formiga de seis pernas e um centípede de quarenta e quatro pernas. Eu disse que estes animais são como pula-pulas -- eles estão pulando enquanto se movem e você pode ver isto neste carangueijo Maria-farinha das praias do Panamá e da Carolina do Norte. Ele chega a quatro metros por segundo quando corre. Na verdade, ele pula no ar e tem fases aéreas quando pula, como um cavalo, e você pode ver ele pulando aqui. Descobrimos que não importa se você olha para uma perna de um humano como o Richard, ou uma barata, ou um carangueijo, ou um canguru, a rigidez relativa daquela mola é a mesma para todos os que estudamos até agora. Mas será que as pernas elásticas são mesmo boas, o que elas podem fazer? Bem, nós queríamos descobrir se elas davam maior estabilidade e capacidade de manobra aos animais. Então fizemos um terreno que tinha três vezes o tamanho da coxa dos animais que estávamos estudando, e estávamos certos que eles não conseguiriam vencer os obstáculos. E isto foi o que fizeram. O animal correu sobre eles e nem mesmo diminuiu sua velocidade. Ele não diminuiu sua velocidade em nada. Não acreditávamos que ele pudesse fazer isto. Isto nos dizia que se você pudesse cunstruir um robô com pernas elásticas muito simples, poderíamos fazê-lo tão manobrável quanto qualquer outro construído até hoje.
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.
Este é o primeiro exemplo disto, este é o robô da Produção de Deposição de Formas de Stanford, chamado Sprawl. Ele tem seis eprnas -- estas são as pernas elásticas ajustáveis. Ele se move num andar típico de um inseto, e aqui está ele numa esteira. O que é importante a respeito dele, quando comparado com outros, é que ele não pode ver nada, não pode sentir nada, não tem um cérebro, e mesmo assim ele pode manobrar por cima destes obstáculos sem a menor dificuldade. Este é o resultado desta técnica de inserir propriedades na própria forma. Este é um estudande de gradução, e isto é o que ele está fazendo à sua tese, muito resistente, se um estudante faz isto à sua tese!
(Laughter)
(Risos)
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
Isto é da McGill e da Universidade do Michigan, é o RHex, saindo pela primeira vez, numa demo.
(Laughter)
(Risos)
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.
É o mesmo princípio. Ele tem só seis partes móveis. Seis motores, mas tem pernas elásticas. Se move com o andar de um inseto e sincroniza o andar da perna do meio com a da frente e a de trás do lado oposto. Uma espécie de tripé alternado, e eles podem administrar obstáculos exatamente como um animal.
(Laughter)
(Risos)
(Voice: Oh my God.)
(Ai meu Deus!)
(Applause)
(Aplausos)
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.
Ele pode andar em superfícies diferentes, aqui está areia, embora ainda não tenhamos aperfeiçoado os pés, mas eu falo disto depois. Aqui está o RHex entrando na floresta.
(Laughter)
(Risos)
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.
Novamente este robô não pode ver ou sentir nada, e não tem cérebro. Está trabalhando apenas com um sistema mecânico ajustado, com partes muito simples. Mas inspirado na mecânica fundamental de um animal. Ah, eu adoro ele Bob. Aqui vai ele descendo um caminho. Eu o apresentei ao laboratório de propulsão a jato da NASA, e disseram que eles não tem habilidade de descer crateras para procurar gelo, e, em última análise, vida em Marte. Especialmente com robôs com pernas porque eles são muito complicados. Nada pode fazer isto. E eu falei depois. Mostrei este video com o design simples do RHex aqui, e os convenci que nós devemos ir à Marte em 2011, pintei o video de laranja para dar a impressão de que estávamos em Marte.
(Laughter)
(Risos)
(Applause)
(Aplausos)
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?
Outro motivo que faz com que animais tenham um desempenho extraordinário e possam ir onde quiserem, é que eles têm uma interação efetiva com o ambiente. O animal que vou mostrar agora que estudamos para isso é a lagartixa. Temos uma aqui... percebam a sua posição. Está se segurando. Agora vou lançar um desafio. Vou mostrar o vídeo. Um dos animais vai estar correndo em nível, e outro vai estar subindo uma parede. Qual é qual? Eles correm a um metro por segundo. Quantos de vocês pensam que o da esquerda é o que está subindo a parede?
(Applause)
(Aplausos)
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. A verdade é que é muito difícil dizer, não é? É incrível, vemos os estudantes fazerem isto e eles mesmos não sabem dizer. Eles podem subir uma parede a um metro por segundo, quinze passos por segundo, e parece que estão andando em nível, Como eles conseguem? É fenomenal. O da direita é o que está subindo. Como eles conseguem -- eles têm dedos estranhos -- têm dedos que desenrolam como uma lingua-de-sogra quando alguém assopra, e descolam da superfície como uma fita. Como se tivéssemos um pedaço de fita e fôssemos descolá-la. Eles fazem isso com os dedos. É estranho. Este descolamento inspirou a iRobot com a qual trabalhamos, a construir Mecho-Geckos. (Lagartixas-Mecânicas) Aqui temos uma versão com pernas e outra sem, parecida com um trator. Vamos ver como as lagartixas se movem com um vídeo. e depois vou mostrar um pouco dos robôs. temos a lagartixa subindo uma superfície vertical, aí vai ela, em tempo real, olha ela aí de novo. Obviamente temos que ver em câmera lenta.
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.
não podemos usar câmeras comuns. Temos que filmar a 1000 quadros por segundo para ver isto. E aqui vemos o vídeo com 1000 quadros por segundo. Gostaria de olhassem para as costas do animal. Vocês vêem como ela se dobra? Nós não conseguimos explicar -- é um mistério ainda. Não sabemos como funciona. Se você tem um filho ou filha que quer vir para Berkeley, venha ao meu laboratório e vamos descobrir isto juntos. Ok, mande-os para Berkeley porque esta é a próxima pesquisa que quero fazer.. Esta é a esteira da lagartixa.
(Laughter)
(Risos)
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.
É uma esteira transparente com uma cinta também transparente, para que possamos assistir aos pés do animal, e gravar em vídeo através da esteira, para ver como eles se movem. Aqui vemos o animal que temos aqui, correndo numa superfície vertical, escolha um pé e tente ver o dedo, e veja se consegue ver o que o animal está fazendo. Veja ele desenrolar e descolar os dedos. Ele pode fazer isto em 14 milisegundos. É inacreditável. Estes são os robôs que ele inspirou, os Mecho-Geckos, da iRobot. Primeiro vamos ver os dedos dele descolando - veja isto! E aqui o descolamento do Mecho-Gecko ele usa um adesivo sensível à pressão para fazer isto. Descolamento no animal, descolamento no Mecho-Gecko, que permite com que possa escalar de forma autônoma, pode andar numa superfície lisa, numa transição para uma parede, e depois andar pelo teto. Esta é a versão trator. Ela usa cola sensível a pressão. O animal não usa. Mas estamos limitados a esta solução no 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.
O que o animal usa? Ele tem dedos estranhos, e se você olha para os dedos, eles têm estas folhas, E se você amplia a imagem você vai ver que existem estrias pequenas nas folhas. e se você amplia 270 vezes, você vê que se parece com um tapete. E se você amplia mais ainda, 900 vezes, você vai ver que existem pelos ali, pequenos, e se você olhar com cuidado estes pelinhos têm estrias. E se você amplia 30.000 vezes, vai descobrir que cada pelo tem várias pontas. E se amplia mais, vai ver que existem pequenas estruturas no final. O menor pedaço parece com uma espátula e um animal como este têm cerca de 1 bilhão destas pontas para ficar muito perto da superfície. Na verdade, este é o diâmetro do seu cabelo, uma lagartixa tem 2 milhões destes e cada um tem entre 100 e 1.000 pontas. Pense no contato que é possível com isto.
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.
Tivemos a chance de trabalhar com outro grupo de Stanford que construiu um sensor especialmente para nós e pudemos medir a força de cada pelo. Este é um pelo individual com várias pontas, quando medimos as forças, elas eram enormes, elas eram tão grandes que um grupo de pelos deste tamanho, que o pé da lagartixa poderia suportar o peso de uma criança -- por volta de 18 quilos, facilmente. Como eles funcionam? Descobrimos isto recentemente. Será que eles usam fricção? Não, a força é muito pequena. Usam eletrostática? Não, se mudamos a carga eles ainda funcionam. Eles usam aquele efeito de adesão como o do Velcro? Não, podemos coloca-los em superfícies lisas -- eles não usam. Que tal sucção? Eles se grudam mesmo no vácuo. E que tal adesivos? Ou adesão capilar? Eles não usam nenhum tipo de cola, e funcionam mesmo debaixo d'água. Se você põe os pés deles debaixo d'água eles continuam grudados. Como eles conseguem então? Acredite ou não, eles aderem através de forças intermoleculares, pela força de van der Waals.
You know, you probably had this a long time ago in chemistry, where you had these two atoms, they're close together, and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient to allow them to do that because it's added up so many times with these small structures. What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs, and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them. And just recently we've made a breakthrough, where we now believe we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning, dry adhesive. Many companies are interested in this.
Você provavelmente estudou isto há muito tempo, em Química quando você tem dois átomos, um perto do outro, e os elétrons se movem em volta. Esta pequena força é suficiente para que eles façam isto, porque ela é somada muitíssimas vezes com estas estruturas minúsculas. Agora estamos pegando esta inspiração dos pelos, e com outro colega de Berkeley, estamos entrando em produção. E recentemente tivemos uma descoberta com a qual acreditamos que seremos capazes de criar o primeiro adesivo seco, sintético e auto-limpante. Muitas companhias estão interessadas nisto.
(Laughter)
(Risos)
We also presented to Nike even.
Até apresentamos para a Nike.
(Laughter)
(Risos)
(Applause)
(Aplausos)
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.
Vamos ver até onde isto vai. Estamos tão otimistas neste caso que notamos que nesta escala tão pequena, e onde tudo tende a aderir, e a gravidade não importa mais, precisamos olhar para os pés das formigas, porque um dos meus colegas em Berkeley, construiu um robô de silício de 6 milímetros com pernas. Mas ele prende e não se move muito bem. Mas as formigas se movem, e nós vamos descobrir o porquê, de modo que mais tarde vamos fazer ele funcionar. E, imagine, você vai poder ter enxames destes robôs de 6 milímetros andando por aí. Mas pra onde isto vai? Acho que você já sabe.
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.
Obviamente a internet já tem olhos e ouvidos, você tem web cams e tudo mais. Mas ela terá pernas e mãos. Você poderá fazer trabalhos programáveis usando estes tipos de robôs, então você poderá correr, voar e nadar em qualquer lugar. Vimos David Kelly no começo com seu peixe. em conclusão, a mensagem é clara. Se você precisa de uma mensagem, se a natureza não é o bastante, se você se importa com buscas e resgates, ou se livrar de minas terrestres, ou se importa com medicina, ou as várias coisas com as quais trabalhamos, precisamos preservar o design da natureza, pois, de outra forma estes segredos vão se perder para sempre. Obrigado.
(Applause)
(Aplausos)