Fins i tot les criatures més repugnants de la naturalesa tenen secrets importants, però qui voldria un eixam de paneroles venint cap a tu?
Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
No obstant això, una de les grans diferències entre la naturalesa i les tecnologies humanes, té a veure amb la robustesa. Els sistemes robustos són estables en ambients nous i complexes. Extraordinàriament, les paneroles poden estabilitzar-se quan corren sobre terrenys rugosos. Quan els vam col·locar una motxilla coet a sobre, o els vam provocar una pertorbació com la d'un terratrèmol, vam descobrir que les seves encantadores potes sincronitzades, els permeten estabilitzar-se sense utilitzar energia del seu cervell. Poden caminar sobre terrenys complexes com l'herba sense cap problema, no es desestabilitzen. Vam descobrir un nou comportament on, degut a la seva forma, poden girar automàticament cap a un costat, per tal de caminar a través d'aquest tros d'herba artificial.
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.
Els sistemes robustos son capaços de donar lloc a més d'una tasca amb la mateixa estructura. Aquí veiem un nou comportament que em descobert. Els insectes s'inverteixen i desapareixen ràpidament en menys de 150 mili segons ─mai els veus─ utilitzant la mateixa estructura que utilitzen per córrer; les potes. Poden córrer molt ràpidament, de dalt a baix, per bastons, branques i cables, i si mous alguna d'aquestes brànques, poden fer això. Poden realitzar maniobres gimnàstiques, com cap robot que encara haguem inventat. A més, tenen una maniobrabilitat gairebé il·limitada en la mateixa estructura, i un accés mai vist, a una gran varietat d'àrees diferents. Tenen ales per volar quan s'escalfen, però utilitzen aquestes mateixes ales per donar-se la volta si les desestabilitzen. Molt efectiu.
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.
Els sistemes robustos també són tolerants a errors i caigudes. Això es la pota d'una panerola, Té espines, coixinets enganxossos i arpes, pero si els hi treus aquestes potes, encara poden caminar sobre terreny rugós, tal com podeu veure al vídeo de sota, i sense perdre velocitat. Extraordinari. Poden pujar una malla sense les potes. Aquí hi veiem un insecte utilitzant un trípode normal i alternant: tres potes, tres potes, tres potes... Pero a la naturalesa, els insectes sovint han perdut les potes. Aquí en tenim un movent-se sense les dues potes del mig. Poden fins i tot perdre tres potes, en un trípode, i adoptar una nova forma de caminar, donant salts. I vull assenyalar que tots aquests videos han estat ralentitzats 20 vegades, per tant, realment s'estan movent molt ràpidament.
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.
Els sistemes robustos també són resistents als danys. Aquí veiem un insecte escalant una paret. Sembla un ascens ràpid i fluid, però quan ho ralentitzem veiem una cosa molt diferent. Això es el que fan. Col·lisionen amb el cap contra la paret de forma intencionada, de tal manera que no perden velocitat i poden realitzar el canvi de direcció en 75 mil·lèsimes de segon. Això ho poden fer, en part, perquè tenen un exoesquelet extraordinari. Que, de fet, està construït únicament amb unions adaptables, formades per tubs i làmines, conectades les unes a les altres. Aquí veiem una dissecció de l'abdomen d'una panerola. Podeu veure aquestes làmines, així com la membrana adaptable.
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.
El meu company d'enginyeria a Berkeley va dissenyar amb els seus alumnes una nova tècnica de producció, on bàsicament es feia un origami de l'exoesquelet; el talles amb un làser, el lamines i el plegues fent-ne un robot. I, actualment, es pot fer en menys de 15 minuts. Aquests robots, anomenats DASH, (Hexàpode allargat, autònom i dinàmic) són robots extremadament intel·ligents, i són sorprenentment robustos com a resultat d'aquestes característiques. Realment tenen una resistència als danys increïble. (Rialles) Inclús posseeixen alguns dels comportaments de les paneroles. Per tant, poden utilitzar el seu cos inteligent i adaptable, per tal de pujar una paret de manera molt senzilla. Fins i tot tenen alguns dels principis del comportament d'inversió ràpida per tal de desaparèixer.
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.
Ara, volem esbrinar perquè poden caminar per quasevol lloc. Hem descobert que poden passar a través de forats de 3 milímetres, l'alçada de dos centaus, un sobre l'altre. I quan ho fan, poden, fins i tot, caminar a través d'aquests espais confinats a gran velocitat, encara que mai els veiem. Per tal d'entedre-ho millor, hem fet un escaneig CT del seu exoesquelet. Hem vist que són capaços de comprimir el seu cos fins a un 40 %. Posats en un aparell d'assaig de materials, per tal de fer un anàlisi de força-deformació, em vist que poden resistir forces de fins a 800 vegades el pes del seu cos, i desprès d'aquest esforç poden volar i còrrer amb total normalitat.
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.
Es per això que mai saps cap a on pot conduïr la recerca basada en la curiositat. Algun dia, potser necesites un eixam de robots inspirats en paneroles que vinguin cap a tu. (Rialles)
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)
Moltes gràcies.
Thank you.
(Aplaudiments)
(Applause)