Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
אפילו היצורים הכי דוחים בטבע יכולים ללמד אותנו סודות חשובים, אבל מי היה רוצה נחיל של מקקים שמגיע לכיוונם?
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.
ועדיין אחד ההבדלים הגדולים בין טכנולוגיות אנושיות וטבעיות מתייחס לעמידות. מערכות עמידות עמידות בסביבות מסובכות וחדשות. למרבא הפלא, מקקים יכולים ליצב את עצמם כשהם רצים על פני שטח קשים. כשאנחנו שמים חליפת סילון עליהם, או גורמים להם הפרעה כמו רעידת אדמה, גילינו שהרגליים המדהימות שלהם מאפשרות להם לייצב את עצמם בלי להשתמש בכלל במוח שלהם. הם יכולים ללכת על פני שטח מורכבים כמו דשא, בלי בעיה, ולא לאבד יציבות. גילינו התנהגות חדשה בה, בגלל הצורה שלהם, הם למעשה מתגלגלים אוטומטית על הצד בכדי ללכת דרך הדשא המלאכותי הניסויי.
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.
מערכות עמידות יכולות לבצע פעילויות מרובות עם אותו מבנה. הנה התנהגות חדשה שגילינו. החיות מתהפכות במהירות ונעלמות תוך פחות מ 150 מילישיניות -- אתם לעולם לא רואים אותן -- על ידי שימוש במבנה בו הם משתמשים לריצה, הרגלים שלהם. הם יכולים לרוץ הפוך מהר מאוד על מוטות, ענפים וחוטים, ואם אתם מפריעים לאחד הענפים האלו, הם יכולים לעשות את זה. הם יכולים לבצע תמרונים ספורטיביים כמו אף רובוט שיש לנו עדיין. ויש להם כושר תמרון כמעט בלתי מוגבל עם אותו המבנה וגישה ללא תקדים למגוון של אזורים שונים. יש להם כנפיים לתעופה כשחם להם, אבל הם מתשמשים באותן כנפיים כדי להתהפך אם הם מאבדים יציבות. מאוד יעיל.
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.
מערכות עמידות הן גם עמידות לכשלים. זו רגל של מקק. יש לה שדרה, פדים דביקים וטפרים, אבל אם תורידו את הרגלים האלו, הם עדיין יכולים ללכת על שטח קשה, כמו בסרטון התחתון שאתם רואים, בלי כמעט להאט. מדהים. הם יכולים לרוץ במעלה רשת בלי הרגליים. הנה חיה שמשתמש בתלת רגל מתחלף רגיל: שלוש רגליים, שלוש רגליים, שלוש רגליים, אבל בטבע, חרקים הרבה פעמים מאבדים רגליים. הנה אחד נע בלי שתי רגליים אמצעיות. הוא יכול אפילו לאבד שלוש רגליים, ולאמץ צעד חדש, צעד קיפוץ. ואני מציין שכל הסרטונים האלה מואטים פי 20, אז הם למעשה די מהירים, כשאתם רואים את זה.
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.
מערכות עמידות הן גם עמידות לנזקים. הנה חיה שמטפסת על קיר. זה נראה טיפוס אנכי מהיר, חלק, אבל כשאתם מאיטים את זה, אתם רואים משהו שונה. הנה מה שהם עושים. הם בכוונה מתנגשים חזיתית בקיר כך שהם לא מאיטים ויכולים לשנות כיוון למעלה בתוך 75 מילישניות. והם יכולים לעשות את זה חלקית בגלל שיש להם שלד חיצוני יוצא דופן. והם באמת עשויים ממפרקים מותאמים שהם צינורות ולוחיות מחוברות אחת לשניה. הנה ניתוח של בטן של מקק. אתם רואים את הלוחיות האלו, ואתם רואים את הממברנות המותאמות.
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.
העמית המהנדס שלי בברקלי תיכנן עם הסטודנטים שלו טכנולוגיית יצור חדשנית שם למעשה אתם עושים אוריגמי של השלד החיצוני, אתם חותכים אותו בלייזר, יוצרים שכבות, ומקפלים אותו לרובוט. ואתם יכולים לעשות את זה בפחות מ 15 דקות. הרובוטים האלה, שנקראים DASH, הקספודים פרושים אוטונומיים דינמיים, הם רובוטים מאוד תואמים, והם עמידים להפליא כתוצאה מהתכונות האלו. הם בהחלט מאוד עמידים לנזק. (צחוק) יש להם אפילו חלק מההתנהגויות של מקקים. אז הם יכולים להשתמש בגוף החכם והמותאם שלהם לעלות על קירות בדרך מאוד פשוטה. יש להם אפילו סוג של התחלה של התנהגות התהפכות מהירה בה הם נעלמים.
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.
עכשיו אנחנו רוצים לדעת למה הם יכולים ללכת לכל מקום. גילינו שהם יכולים לעבור דרך מרווחים של שלושה מילימטר, הגובה של שני מטבעות, שני מטבעות בערמה, וכשהם עושים את זה, הם יכולים למעשה לרוץ דרך החללים הצפופים האלה במהירויות גבוהות, למרות שאתם אף פעם לא רואים את זה. כדי להבין את זה טוב יותר, עשינו סריקת CT של השלד החיצוני שלהם והראנו שהם יכולים לדחוס את הגוף שלהם ב 40 אחוז. אנחנו שמים אותם במכונת בדיקת חומרים כדי לראות אנליזת עומס חומר והראנו שהם יכולים לעמוד בכוחות גדולים פי 800 ממשקל גופם, ואחרי זה הם יכולים לעוף ולרוץ רגיל לחלוטין.
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)
אז אתם לעולם לא יודעים לאן מחקר מבוסס סקרנות יוביל, ויום אחד אתם אולי תרצו נחיל של רובוטים בהשראת מקקים שיבוא אליכם. (צחוק)
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)