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?
Bine aţi venit. Aș putea avea primul slide, vă rog? Contrar calculelor făcute de unii ingineri, albinele pot zbura, delfinii pot înota, iar gecko se pot căţăra chiar şi pe cele mai netede suprafeţe. Acum, ce vreau să fac, în scurtul timp pe care îl am, este să încerc să vă fac pe fiecare să gustați, oarecum, emoţia dezvăluirii naturii ca proiectant. Eu fac asta tot timpul, şi e pur şi simplu incredibil. Vreau să încerc să împărtăşesc doar un pic din asta cu voi în această prezentare. Provocarea de a te uita la proiectele naturii -- şi vă voi spune felul în care o percepem, şi felul în care am folosit-o. Provocarea, desigur, este de a răspunde la această întrebare: Ce permite această extraordinară perfomanţă a animalelor, care le îngăduie să meargă în fond oriunde? Şi dacă reuşim să ne dăm seama de asta, atunci cum vom implementa aceste planuri?
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.
Mulţi biologi vor spune inginerilor şi altora că organismele au milioane de ani să tot încerce până le iese bine, că sunt spectaculoase, că pot face totul minunat de bine. Răspunsul este deci biomimetismul -- doar copierea directă a naturii. Ştim din lucrul cu animalele că adevărul e că acest lucru e exact ceea ce nu vrei să faci. Deoarece evoluţia lucrează pe principiul doar-suficient-de-bun, nu pe un principiu perfectabil. Iar dacă priveşti constrângerile în construirea unui organism, ele sunt foarte mari. Tehnologiile naturale au constrângeri incredibile. Gândiţi-vă la asta. Dacă ați fi un inginer şi v-aș spune că tebuie să construiţi un automobil, dar că trebuie să înceapă prin a fi atât de mare, apoi trebuie să crească la talie normală şi trebuie să funcţioneze în fiecare pas intermediar. Gândiţi-vă că, dacă veți construi un automobil, vă voi spune că, de asemenea, în interiorul lui trebuie să puneţi o fabrică în care să puteţi să face un alt automobil.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Şi nu puteţi niciodată, absolut niciodată, datorită istoricului şi planului moştenit, să porniţi de la zero. Organismele au acest istoric important. Evoluţia lucrează de fapt mai mult ca un reparator decât ca un inginer. Şi asta e deosebit de important când începi să priveşti animalele. În schimb, noi credem că trebuie să ne inspirăm din biologie. Trebuie să descoperim principiile generale ale naturii, şi apoi să folosim aceste analogii acolo unde sunt avantajoase. E o adevărată provocare să facem asta pentru că animalele, când începi să te uiţi cu adevărat în interiorul lor, la cum funcţionează, par să fie iremediabil de complexe. Nu există nici un istoric detaliat al planurilor după care au fost proiectate, nu le poţi căuta nicăieri. Au mult prea multe grade de libertate pentru încheieturi, prea mulţi muşchi, chiar şi cele mai simple animale la care ne gândim, ceva precum o insectă, şi au mult mai mulţi neuroni şi conexiuni decât vă puteţi imagina.
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.
Cum poţi să înţelegi toate astea? Ei bine, noi credem -- şi am emis această ipoteză -- că un mod în care animalele pot să funcţioneze simplu, e când controlul mişcărilor lor tinde să fie integrat în chiar corpurile lor. Ce am descoperit e că animalele cu două, patru, şase şi opt picioare produc toate aceleaşi forţe pe suprafeţele pe care se mişcă. Toate funcţionează ca acest cangur, fac salturi. Şi pot fi modelate de un sistem de masă cu arcuri, pe care îl numim sistemul de masă cu arcuri pentru că suntem bio mecanicieni; de fapt e un pogo stick. Toate produc modelul unui pogo stick. Cum e asta adevărat? Ei bine, un om, unul din picioarele noastre, funcţionează ca cele două picioare ale unui câine la trap, sau ca cele trei picioare care se mişcă deodată ale unei insecte la trap, sau patru picioare mişcându-se ca unul ale unui crab la trap. Iar apoi alternează în propulsia lor, dar modelele sunt toate la fel. Aproape orice organism pe care l-am privit în acest fel -- veţi vedea săptămâna viitoare -- vă dau un indiciu, va apărea un articol care spune că lucrurile foarte mari, cum ar fi T.Rex, probabil nu puteau face asta, dar veţi vedea asta săptămâna viitoare.
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.
Ceea ce e interesant e că, aşa cum spuneam, animalele fac salturi în plan vertical în acest fel, şi în colaborarea noastră cu Pixar la "A Bug's Life", am discutat natura bipedă a personajelor furnici. Le-am spus că, evident, se mişcă şi în alt plan, iar ei ne-au întrebat: "De ce să facem modele doar în planul sagital sau în cel vertical, când voi ne spuneţi că aceste animale se mişcă în planul orizontal?" Iar asta e o întrebare foarte bună. Nimeni nu a mai modelat aşa în biologie. Le-am urmat sfatul şi am modelat mişcarea animalelor şi în planul orizontal. Am luat cele trei picioare ale lor, le-am combinat într-unul singur, am luat câţiva din cei mai buni matematicieni din lume, de la Princeton, să lucreze la această problemă. Aşa am reuşit să creăm un model în care animalele nu fac salturi doar în sus şi-n jos, ci, în acelaşi timp, fac salturi laterale. Multe organisme se potrivesc acestui model. Acum, de ce e important să avem acest model? Pentru că e foarte interesant. Când iei acest model şi îl perturbi, îl împingi puţin, şi se loveşte de ceva, se auto-stabilizează, fără un creier, fără reflexe, pur şi simplu din structura lui. E un model frumos. Haideţi să ne uităm la calcule.
(Laughter)
(Râsete)
That's enough!
E suficient.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Animalele, când le priveşti în alergare, par să se auto-stabilizeze în acest fel, folosind practic picioare cu arcuri. Asta înseamnă că picioarele pot face calcule pe cont propriu, algoritmii de control sunt cumva integraţi în însăşi forma animalului. De ce nu ne-am inspirat mai mult din natură şi din acest tip de descoperiri? Ei bine, aş zice că tehnologiile umane sunt foarte diferite de tehnologiile naturale, sau cel puţin aşa a fost până acum. Gândiţi-vă la robotul tipic pe care îl vedem. Tehnologiile umane au avut tendinţa de a fi mari, plate, cu unghiuri drepte, rigide, din metal. Au dispozitive de rulare şi osii. Sunt foarte puţine motoare, foarte puţini senzori. În timp ce natura tinde să fie mică, și curbată, şi se îndoaie şi se răsuceşte şi are în schimb picioare şi anexe, şi are mulţi muşchi şi mulţi, mulţi senzori. E deci un proiect foarte diferit. Cu toate acestea, ceea ce se schimbă, ce e foarte captivant -- şi vă voi arăta câteva exemple în continuare -- e că, pe măsură ce tehnologiile oamenilor preiau mai multe din caracteristicile naturii, natura va putea deveni un profesor din ce în ce mai util.
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.
Iată şi un exemplu foarte interesant. Aceasta e o colaborare pe care o avem cu Stanford. Ei au dezvoltat această nouă tehnică numită Fabricarea Formelor prin Sedimentare. E o tehnică prin care amestecă materialele şi modelează orice formă doresc ei, şi îi dau proprietăţile materiale. Pot să integreze senzori şi sisteme de acţionare în forma însăşi. De exemplu, iată un picior -- partea transparentă e rigidă, partea albă e mobilă, şi nu ai nevoie de nici o osie sau altceva. Se îndoaie pur şi simplu de la sine foarte frumos. Îi poţi da deci acele proprietăţi. I-a inspirat să se laude cu acest proiect prin producerea unui mic robot numit Tolănitul. Munca noastră a inspirat un alt robot, un robot săltător inspirat din biologie, de la universitatea din Michigan şi McGill numit RHex, de la robotul hexapod, iar acesta e autonom. Haideţi să vă arăt un film, cu câteva din aceste animale în mişcare. Iar apoi câţiva din roboţii simpli inspiraţi din descoperirile noastre. Iată ce o parte din voi aţi făcut azi dimineaţă, deşi aţi făcut-o afară şi nu pe o bandă. Iată ce facem noi.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Acesta este un gândac Blaberus craniifer -- un gândac american pe care n-ați crede că îl găsiți în bucătăria voastră. Acesta e un scorpion cu opt picioare, o furnică cu şase picioare, un miriapod cu patruzeci şi patru de picioare. Spuneam că toate aceste animale funcţionează cumva ca nişte pogo sticks -- fac salturi pe măsură ce se mişcă şi asta se poate vedea la acest crab fantomă de pe plajele din Panama şi Carolina de Nord. Poate atinge până la patru metri pe secundă când aleargă. Chiar sare în aer şi are faze aeriene când o face, precum un cal, şi îl veţi vedea cum saltă aici. Ceea ce am descoperit e că, fie că priveşti piciorul unui om precum Richard, sau un gândac, sau un crab, sau un cangur, rigiditatea relativă a piciorului acelui arc este aceeaşi pentru orice am văzut până acum. La ce sunt bune picioarele cu arcuri atunci, ce pot face ele? Ei bine, am vrut să vedem dacă le permit animalelor să aibă stabilitate şi manevrabilitate mai bune. Aşa că am construit un teren care avea obstacole de trei ori mai mari decât înălţimea şoldului animalelor la care ne uitam, şi eram siguri că nu vor putea reuşi. Iată ce au făcut. Animalul a alergat peste el şi nici măcar nu a încetinit. Nu şi-a micşorat viteza preferată deloc. Nu ne venea să credem că a putut face asta. Ne-a spus că, dacă poţi construi un robot cu picioare cu arcuri foarte simple, l-ai putea face la fel de manevrabil ca oricare altul care a fost vreodată construit.
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.
Iată primul exemplu, acesta este robotul cu Forme Fabricate prin Sedimentare numit Tolănitul. Are şase picioare -- sunt picioarele cu arcuri adaptate. Se mişcă într-o manieră proprie unei insecte şi iată-l mergând pe bandă. Ceea ce e important despre acest robot, în comparaţie cu alţi roboţi, e că nu poate să vadă nimic, nu poate să simtă nimic, nu are un creier, şi totuşi poate să se descurce la trecerea peste aceste obstacole fără nici un fel de dificultate. Totul e în această tehnică de a integra proprietăţi în forma însăşi. Acesta e un student, şi iată ce face cu proiectul lui de diplomă, foarte robust dacă un student îi face asta proiectului lui de diplomă.
(Laughter)
(Râsete)
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex, making its first outing in a demo.
Acesta e de la McGill şi Universitatea din Michigan, acesta e RHex, făcându-și prima ieşire într-o demonstraţie.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Acelaşi principiu. Are doar şase părţi mobile. Şase motoare, dar are picioare cu arcuri, adaptate. Se mişcă în felul unei insecte, piciorul din mijloc se mişcă sincron cu cele din faţă şi din spate de pe cealaltă parte. Ca un fel de tripod alternant, şi ele pot să treacă peste obstacole exact ca animalul.
(Laughter)
(Râsete)
(Voice: Oh my God.)
O, Doamne.
(Applause)
(Aplauze)
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.
Va merge pe suprafeţe diferite, iată-l pe nisip, deşi nu am perfecţionat laba piciorului încă, dar voi vorbi despre asta mai târziu. Iată-l pe RHex intrând în pădure.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Din nou, robotul acesta nu vede nimic, nu simte nimic, nu are niciun creier. Funcţionează pur şi simplu cu un sistem mecanic adaptat, cu părţi foarte simple. Dar e inspirat din dinamica fundamentală a animalului. Ah, îl iubesc, Bob. Uite-l mergând în jos pe o cărare. Am prezentat asta laboratorului de motoare cu reacţie al NASA, şi mi-au spus că ei nu au găsit o modalitate de a coborî în cratere să caute gheaţă, şi viaţă, în ultimă instanţă, pe Marte. Şi a mai spus -- în mod special cu roboţii cu picioare, pentru că aceştia sunt mult prea complicaţi. Nimic nu poate să facă asta. Atunci am început să vorbesc eu. Le-am arătat acest film cu designul simplu al lui RHex, şi, doar ca să îi conving că ar trebui să mergem pe Marte în 2011, am colorat filmul portocaliu doar ca să le dau impresia că suntem pe Marte.
(Laughter)
(Râsete)
(Applause)
(Aplauze)
Another reason why animals have extraordinary performance, and can go anywhere, is because they have an effective interaction with the environment. The animal I'm going to show you, that we studied to look at this, is the gecko. We have one here and notice its position. It's holding on. Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video. One of the animals is going to be running on the level, and the other one's going to be running up a wall. Which one's which? They're going at a meter a second. How many think the one on the left is running up the wall?
Un alt motiv pentru care animalele au performanţe extraordinare şi pot să meargă oriunde, e pentru că au o interacţione eficientă cu mediul. Animalul pe care vi-l voi arăta, pe care l-am studiat ca să vedem această interacţiune este gecko. Avem unul aici, observaţi-i poziţia. Se ţine bine. Vă voi lansa o provocare acum. Vă voi arăta un film. Unul din animale aleargă orizontal, iar celălalt se cațără pe un perete. Care e care? Aleargă cu un metru pe secundă. Câţi cred că cel din stânga aleargă pe perete?
(Applause)
(Aplauze)
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. Ideea e că e foarte greu să îţi dai seama, nu-i aşa? E incredibil, ne-am uitat la studenţi care făceau asta, şi nu îşi dădeau seama. Pot să se caţere pe perete cu un metru pe secundă, 15 paşi pe secundă. şi arată ca şi când ar alerga orizontal. Cum fac asta? E absolut fenomenal. Cel din dreapta se căţăra. Cum fac asta -- au degete bizare -- degetele lor se des-răsucesc ca fluierele de hârtie când sufli în ele, şi apoi se desprind de pe suprafaţă ca şi scotch-ul. Ca şi când am avea o bucată de scotch şi am desprinde-o aşa. Ei fac asta cu degetele. E bizar. Acest robot inspirat din dezlipire, iRobot, cu care lucrăm, pentru a construi Meco-Gecko. Iată o variantă cu picioare şi o variantă tractor, sau buldozer. Haideţi să vedem câţiva gecko mişcându-se în film, iar apoi vă voi arăta o mică parte din clipul cu roboţii. Iată un gecko căţărându-se pe o suprafaţă verticală, uite-l, în timp real, uite-l din nou. Evident că trebuie să încetinim asta un pic.
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.
Nu se pot folosi camere normale. Trebuie să faci 1000 de poze pe secundă ca să vezi asta. Şi iată un film cu 1000 de cadre pe secundă. Vreau să vă uitaţi la spatele animalului. Vedeţi cât de mult se îndoaie? Nu reuşim să înţelegem asta -- e un mister nerezolvat. Nu ştim cum funcţionează. Dacă aveţi o fiică sau un fiu care vrea să vină la Berkeley, să vină la laboratorul meu să înţelegm asta. OK, trimite-ţi-i la Berkeley pentru că acesta e următorul lucru pe care vreau să îl fac. Iată banda gecko.
(Laughter)
(Râsete)
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt, so we can watch the animal's feet, and videotape them through the treadmill belt, to see how they move. Here's the animal that we have here, running on a vertical surface. Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing. See it uncurl and then peel these toes. It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable. Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot. First we'll see the animals toes peeling -- look at that. And here's the peeling action of the Mecho-Gecko. It uses a pressure-sensitive adhesive to do it. Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko -- that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface, transition to a wall, and then go onto a ceiling. There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue. The animal does not use that. But that's what we're limited to, at the moment.
E o bandă de alergare transparentă prin care putem să vedem picioarele animalului, şi să le filmăm prin bandă, să vedem cum se mişcă. Iată animalul pe care îl avem, căţărându-se pe o suprafaţă verticală, alegeţi un picior şi încercaţi să priviţi un deget, să vedeţi dacă puteţi vedea ce face animalul. Cum îl des-răsuceşte şi apoi îl dezlipeşte. Poate să facă asta în 14 milisecunde. E de necrezut. Iată-i pe roboţii inspiraţi din el, Meco-Geck de la iRobot. La început vom vedea degetele animalului dezlipindu-se -- ia priviţi! Şi iată acţiunea de dezlipire a Meco-Gecko, foloseşte un adeziv sensibil la presiune. Dezlipirea la animal, dezlipirea la Meco-Gecko, care le permite să se caţere autonom, pot trece pe suprafaţa plată de tranziţie la un perete, iar apoi pe tavan. Iată varianta buldozer. Aceasta nu foloseşte lipici sensibil la presiune. Animalul nu foloseşte aşa ceva. Dar la asta suntem limitaţi pentru moment.
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.
Ce face animalul? Animalul are degete ciudate, iar dacă te uiţi la ele vezi că au aceste mici frunze aici, şi dacă le măreşti şi te apropii vei vedea că există striaţii mici în aceste frunze. Iar dacă măreşti de 270 de ori, vei vedea că arată ca un covor. Dacă mai măreşti şi asta, până la de 900 de ori, vei vedea că sunt peri acolo, mici fire şi, dacă priveşti cu atenţie, aceşti mici peri au striaţii. La o mărire de 30.000 de ori, vezi că fiecare fir are capetele despicate. Dacă le măreşti şi pe acestea, au aceste mici structuri la capăt. Cea mai mică ramură a perilor arată ca o spatulă iar un animal ca acesta are 1 miliard de asemenea capete despicate nanometrice, pentru a se putea apropia cât mai mult de suprafaţă. De fapt, iată diamentrul părului vostru, un gecko are 2 milioane de-acestea, iar fiecare fir are între 100 şi 1000 de capete despicate. Gândiţi-vă ce posibilitate de contact are.
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.
Am fost norocoşi să lucrăm cu un alt grup de la Stanford, care ne-a construit un senzor special cu care am putut măsura forţa unui fir individual. Iată un singur fir cu un mic capăt despicat aici, când am măsurat forţele, au fost enorme, au fost atât de mari, încât cu un smoc de fire cam de dimensiunea aceasta, piciorul unui gecko ar putea să susţină greutatea unui copil mic -- cam 18 kg cu uşurinţă. Cum reuşesc asta? Am descoperit de curând. E vorba de frecare? Nu, forţa e prea mică. Folosesc forţe electrostatice? Nu, poţi schimba sarcina, iar ei se ţin agăţaţi în continuare. O fac prin împletire? Cam cum sunt închizătorile cu scai. Nu, poţi să îi pui pe suprafeţe netede la nivel molecular -- nu asta fac. Atunci prin aspiraţie? Se lipesc şi în vid. Adeziune umedă atunci? Sau adeziune capilară? Nu au nici un fel de lipici, şi se agaţă fără probleme chiar şi sub apă. Dacă le pui piciorul sub apă, se prind. Cum reuşesc atunci? Fie că vă vine să credeţi sau nu, se prind prin forţele intermoleculare, forţele 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.
Proabil aţi învăţat asta acum multă vreme la chimie, când aveaţi aceşti doi atomi, care sunt apropiaţi, şi electronii se mişcă în jurul lor. Această forţă micuţă e suficientă să le permită asta pentru că se multiplică de foarte multe ori prin intermediul acestor structuri mici. Ceea ce facem e să ne inspirăm din aceşti peri, şi, cu un alt coleg de la Berkeley, îi fabricăm noi. De curând am făcut o descoperie care ne face să credem că vom putea crea primul adeziv uscat, sintetic, care se curăţă de la sine. Multe companii sunt interesate de asta.
(Laughter)
(Râsete)
We also presented to Nike even.
Am prezentat asta până şi la Nike.
(Laughter)
(Râsete)
(Applause)
(Aplauze)
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.
Vom vedea unde ajungem cu asta. Suntem foarte entuziasmaţi, ne-am dat seama că la această scară foarte mică, la care totul devine lipicios, iar gravitatea nu mai contează, trebuia să ne uităm la furnici şi picioarele lor, deoarece unul din ceilalţi colegi de la Berkely a construit un robot de silicon de şase milimetri, care are picioare. Dar se împotmoleşte. Nu se mişcă foarte bine. Dar furnicile se mişcă bine, şi ne vom da seama de ce, astfel încât într-un final să îl putem face să se mişte. Şi, imaginaţi-vă, veţi putea avea roiuri de asemenea roboţi de şase milimetri să alerge de colo-colo. Unde se îndreaptă asta? Cred că puteţi vedea deja.
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.
E clar că internetul are deja ochi şi urechi, cu camerele web şi aşa mai departe. Dar va avea şi mâini şi picioare. Veţi putea face diverse lucrări programabile prin intermediul acestor roboţi, ca să puteţi alerga, zbura şi înota oriunde. Am văzut că David Kelly e la începuturi cu peştele lui. În concluzie, cred că mesajul este clar. Dacă aveţi nevoie de un mesaj, dacă natura nu e suficientă, dacă vă pasă de operaţiuni de găsire şi salvare, de degajarea minelor, sau medicină, sau de multele lucruri la care lucrăm, atunci trebuie să conservăm designurile naturii, altfel aceste secrete se vor pierde pe vecie. Mulţumesc.
(Applause)
(Aplauze)