حتى أقبح المخلوقات في الطبيعة لديها أسرار مهمة ، لكن من يريد سرباً من الصراصير أن يقترب منه ؟
Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
أعظم الفروقات بين الطبيعة وتكنولوجيا البشر تُنسب إلى المتانة . نظام المتانة ثابت في البيئات المعقدة والجديدة . بشكل بارز ، تقدر الصراصير على الثبات أثناء الجري على مناطق وعرة . عندما وضعنا عليهم حقيبة نفاثة ، أو أحدثنا لهم اهتزاز مثل الزلزال ، اكتشفنا أنهم بأعجوبة يثنون أقدامهم لتسمح لهم بتثبيت أنفسهم بدون استخدام أي مجهود عصبي . يستطيعون المشي فوق سطح معقد مثل العشب ، بلا مشكلة ، وبدون أن يختل توازنهم . اكتشفنا سلوك جديد حيث ، أنه وبسبب شكلهم ، أنهم يلتفون تلقائياً إلى جانبهم ليجتازون اختبار العشب الصناعي .
Yet one of the greatest differences between natural and human technologies relates to robustness. Robust systems are stable in complex and new environments. Remarkably, cockroaches can self-stabilize running over rough terrain. When we put a jet pack on them, or give them a perturbation like an earthquake, we discovered that their wonderfully tuned legs allow them to self-stabilize without using any of their brainpower. They can go over complex terrain like grass, no problem, and not get destabilized. We discovered a new behavior where, because of their shape, they actually roll automatically to their side to go through this artificial test bit of grass.
أنظمة متينة تستطيع تأدية عدة مهام بنفس التركيب . هنا سلوك جديد قمنا باكتشافه . هذه الكائنات تنقلب بسرعة وتختفي في أقل من 150 جزء من الثانية ، ولا تراها أبداً ، باستخدام نفس الأعضاء التي تساعدها في الجري ، أقدامها . تستطيع الجري مقلوبة رأساً على عقب وبسرعة هائلة على القضبان ، الأغصان والأسلاك ، واذا قمت بتحريك واحد من تلك الأغصان ، يستطيعون عمل هذا . يقومون بحركات بهلاوانية لا يشبهها أي روبوت حتى الآن . كما أن لديها عدد لا محدود تقريباً من تلك الحركات باستخدام نفس التركيب ومنفذ لا مثيل له لمجموعة مختلفة من المناطق . تمتلك أجنحة للطيران عندما تشعر بالحر ، كما أنها أيضاً تستخدم تلك الأجنحة للإنقلاب في حال تعرضها لعدم التوازن . فعالة جداً .
Robust systems can perform multiple tasks with the same structure. Here's a new behavior we've discovered. The animals rapidly invert and disappear in less than 150 milliseconds — you never see them — using the same structures that they use to run, their legs. They can run upside down very rapidly on rods, branches and wires, and if you perturb one of those branches, they can do this. They can perform gymnastic maneuvers like no robot we have yet. And they have nearly unlimited maneuverability with that same structure and unprecedented access to a variety of different areas. They have wings for flying when they get warm, but they use those same wings to flip over if they get destabilized. Very effective.
أنظمة متينة أيضاً ممتصة للصدمات وآمنة في السقوط . هذه هي رجل الصرصور . لها أشواك ، وسائد لاصقة ومخالب ، حتى لو خلعت هذه الأرجل ، لا يزال بإمكانها المشي على الأسطح الخشنة ، كما ترون في الفيديو السفلي ، بدون أن تبطئ من سرعتها ، غير عادية . تستطيع أيضاً أن تتسلق شبكة بلا أرجل . هنا ترون كائن يستخدم قوائمه الثلاثة الطبيعية البديلة : ثلاثة أرجل ، ثلاثة أرجل ، ثلاثة أرجل ، لكن في الطبيعة ، هذه الحشرات غالباً ما تفقد أرجلها . هنا ترون آخر يتحرك بعد فقدان أرجله الوسطى . يمكن أن يفقد حتى ثلاثة أرجل ، في ثلاثي القوائم ، ويطور مشية جديدة ، مشية عرجاء . وأنبه إلى أن هذه الفيدوهات تمت تبطئتها 20 مرة ، بالتالي هم بالفعل سريعون جداً ، عندما ترى هذا .
Robust systems are also fault tolerant and fail-safe. This is the foot of a cockroach. It has spines, gluey pads and claws, but if you take off those feet, they can still go over rough terrain, like the bottom video that you see, without hardly slowing down. Extraordinary. They can run up mesh without their feet. Here's an animal using a normal, alternating tripod: three legs, three legs, three legs, but in nature, the insects often have lost their legs. Here's one moving with two middle legs gone. It can even lose three legs, in a tripod, and adopt a new gait, a hopping gait. And I point out that all of these videos are slowed down 20 times, so they're actually really fast, when you see this.
أنظمة متينة مقاومة أيضاً للصدمات . هنا كائن يتسلق الحائط . يبدو تسلق سريع ، مريح وعمودي ، لكن عندما تقوم بتبطئته ، ترى شئ مختلف تماماً . إليكم ما يفعلونه . يقومون عمداً ورؤوسهم للأعلى بالاصطدام بالحائط بدون أن يقللون من سرعتهم يستطيعون الانتقال عليه في 75 جزء من الثانية . يستطيعون فعل ذلك بسهولة لأن لديهم هياكل خارجية غير اعتيادية . مصممة كلياً من مفاصل متوافقة عبارة عن صفائح و أنابيب متصلة ببعضها البعض . هنا ترون تشريح لبطن صرصور . ترون الصفائح ، والغشاء المتوافق معها .
Robust systems are also damage resistant. Here's an animal climbing up a wall. It looks like a rapid, smooth, vertical climb, but when you slow it down, you see something very different. Here's what they do. They intentionally have a head-on collision with the wall so they don't slow down and can transition up it in 75 milliseconds. And they can do this in part because they have extraordinary exoskeletons. And they're really just made up of compliant joints that are tubes and plates connected to one another. Here's a dissection of an abdomen of a cockroach. You see these plates, and you see the compliant membrane.
زميلي المهندس في بيركيلي صمم مع تلاميذه تقنية صناعية بارعة حيث قام مبدئياً بصنع الهيكل الخاريجي مثل الأوريغامي قطعه بأشعة الليزر ، لمّعه ، وبعدها قام بثنيه على شكل روبوت . وتستطيع القيام بذلك الآن في أقل من 15 دقيقة . هذه الروبوتات ، تدعى داش (DASH) اختصار لـ ( ديناميكية ذاتية متمددة سداسية الأرجل ) ، روبوتات عالية المرونة ، ومتينة بشكل ملحوظ نتيجة لهذه الخصائص . كما أنها بالتأكيد مضادة للصدمات . ( ضحك ) كما أن لديها أيضاً بعض من سلوك الصاصير . فتستطيع باستخدام أجسادها الذكية والمرنة أن تتنقل على الحائط بطريقة بسيطة جداً . لديها أيضاً بعض من بدائيات سلوك الإنقلاب السريع حيث تختفي عن الأنظار .
My engineering colleague at Berkeley designed with his students a novel manufacturing technique where you essentially origami the exoskeleton, you laser cut it, laminate it, and you fold it up into a robot. And you can do that now in less than 15 minutes. These robots, called DASH, for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod, are highly compliant robots, and they're remarkably robust as a result of these features. They're certainly incredibly damage resistant. (Laughter) They even have some of the behaviors of the cockroaches. So they can use their smart, compliant body to transition up a wall in a very simple way. They even have some of the beginnings of the rapid inversion behavior where they disappear.
والآن نريد أن نعرف لماذا يتواجدون في كل الأمكنة . لقد اكتشفنا أنهم يستطيعون الدخول في فتحة من 3 مليمترات ، بارتفاع عملتين معدنية ، عملتين متلاصقتين ، وعندما يفعلون ذلك ، يستطيعون بالفعل الجري خلال هذه الأماكن الضيقة وبسرعة عالية ، وبالرغم من ذلك لا تراهم أبداً . ولفهم ذلك بشكل أفضل ، قمنا بعمل أشعة مقطعية للهيكل الخارجي وأظهرت أنهم يستطيعون ضغط أجسادهم بنسبة تفوق الـ 40 % . وقد وضعناهم في جهاز لاختبار المواد لنرى ماهو تحليل جهد الضغط وقد أظهرت أنها تستطيع تحمل ضغط 800 ضعف وزنها ، وبعد ذلك تستطيع الطيران والجري بطريقة عادية جداً .
Now we want to know why they can go anywhere. We discovered that they can go through three-millimeter gaps, the height of two pennies, two stacked pennies, and when they do this, they can actually run through those confined spaces at high speeds, although you never see it. To understand it better, we did a CT scan of the exoskeleton and showed that they can compress their body by over 40 percent. We put them in a materials testing machine to look at the stress strain analysis and showed that they can withstand forces 800 times their body weight, and after this they can fly and run absolutely normally.
أن لا تعلمون أبداً إلى أين يقود البحث المبني على الفضول ، وقد تودون يوماً أن ترون سرباً من الروبوتات المستلهمة من الصراصير أن تأتي إليكم . ( ضحك )
So you never know where curiosity-based research will lead, and someday you may want a swarm of cockroach-inspired robots to come at you. (Laughter)
شكراً لكم .
Thank you.
( تصفيق )
(Applause)