Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Même les créatures les plus répugnantes de la nature cachent des secrets importants, mais qui voudrait faire face à une colonie de cafards ?
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.
Or, une des différences majeures entre les technologies humaines et celles de la nature touche à la robustesse. Les systèmes robustes sont stables dans des environnements complexes et inconnus. Les cafards peuvent se stabiliser en courant sur un sol accidenté. Avec un jet pack sur eux, ou lors d'une perturbation tel un séisme, nous avons constaté que leurs pattes magnifiquement réglées leur permettent de se stabiliser sans avoir recours ne serait-ce qu'à une once de leur matière grise. Ils peuvent franchir des terrains complexes comme une pelouse, sans problèmes, et sans être déstabilisés. On a découvert que, à cause de leur forme, ils roulent automatiquement sur le côté pour traverser cet obstacle d'herbe artificielle.
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.
Les systèmes robustes peuvent opérer des tâches multiples avec la même structure. Voici un nouveau comportement qu'on a trouvé. Ils se retournent vite et disparaissent en moins de 150 millisecondes, impossible de les voir, en se servant, comme pour courir, de leurs pattes. Ils peuvent courir à l'envers, très rapidement sur des tiges, des branches et des fils, et si vous secouez la branche, ils peuvent faire ça. Des mouvements de gymnastique qu'aucun robot ne peut encore faire. Et ils ont une marge de manœuvre presque illimitée avec cette même structure et des accès sans précédents à une variété d'endroits différents. Ils ont des ailes pour voler quand ils ont chaud, mais ils utilisent ces mêmes ailes pour se retourner s'ils sont déstabilisés. Très efficace.
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.
Les systèmes robustes sont aussi fiables et sûrs. Voici la patte d'un cafard. Il a des épines, des coussinets gluants et des griffes, mais même si on enlève ces pattes, ils peuvent traverser un terrain accidenté comme vous voyez en bas, sans vraiment ralentir. Incroyable. Ils peuvent escalader un filet sans leurs pattes. Voilà un animal utilisant une allure tripode : trois pattes, trois pattes... Mais dans la nature, les insectes perdent souvent leurs pattes. En voici un qui bouge avec les deux pattes du milieu en moins. Il peut même perdre trois pattes, pour un tripode, et adopter une nouvelle allure, une allure de sautillements. Et je précise que toutes ces vidéos sont ralenties 20 fois, donc c'est vraiment bref, quand on voit ça.
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.
Les systèmes robustes résistent aussi aux dégâts. En voici un grimpant à un mur. On dirait une montée rapide et douce, mais quand on ralentit, on s'aperçoit que c'est tout autre chose. Voici ce qu'ils font : ils foncent délibérément la tête la première contre le mur pour ne pas ralentir et peuvent le grimper en 75 millisecondes. Et ça, c'est en partie grâce à leur fantastique squelette externe. Et ils sont vraiment juste faits d'articulations souples, des tubes et des plaques connectées les unes aux autres. Voici la dissection de l'abdomen d'un cafard. Vous voyez ces plaques, et vous voyez la membrane souple.
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.
Mon collègue ingénieur à Berkeley a conçu avec ses étudiants une nouvelle technique de fabrication en faisant de l'origami avec l'exosquelette, on le coupe au laser, on le protège, et on le plie, pour former un robot. Et on peut faire ça désormais en moins de 15 minutes. Ces robots, appelés DASH, pour Hexapode Autonome Dynamique Étalé, sont des robots très flexibles, et ils sont extrêmement robustes du fait de ces caractéristiques. Ils résistent à coup sûr incroyablement bien aux dégâts. (Rires) Ils ont même quelques uns des comportements des cafards. Donc ils se servent de ce corps intelligent et flexible pour escalader un mur de manière très simple. Ils ont même quelques prémisses du geste de retournement rapide par lequel ils disparaissent.
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.
Pourquoi peuvent-ils aller n'importe où ? On a vu qu'ils peuvent passer par des brèches de trois millimètres, la taille de deux pièces de un centime empilées, et en faisant ça, ils peuvent courir à travers ces espaces confinés à des vitesses élevées, bien que vous ne le voyiez jamais. Pour mieux comprendre, nous avons fait un scanner de l'exosquelette et montré qu'ils peuvent se comprimer plus de 40 pour cent. On a analysé leur déformation en traction dans une machine d'essais de matériaux et montré qu'ils peuvent endurer des forces 800 fois supérieures à leur poids, et après ça ils peuvent voler et courir comme si de rien n'était.
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)
Alors on ne sait jamais où des recherches basées sur la curiosité vont nous mener, et un jour peut-être, vous aurez envie de faire face à une colonie de robots inspirés des cafards. (Rires)
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)