Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Makhluk-makhluk di alam yang paling menjijikan pun memiliki rahasia penting, namun siapa yang mau jika segerombolan kecoak datang menghampiri mereka?
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.
Tetapi, salah satu perbedaan terbesar antara alam dan teknologi manusia bersangkutan dengan kekokohan. Sistem yang kokoh akan stabil di lingkungan yang kompleks dan baru. Luar biasanya, kecoak bisa menstabilkan diri mereka saat berlari di medan yang kasar. Ketika kita memasangkan <i>jetpack,</i> atau memberikan gangguan seperti gempa, kami menemukan bahwa kaki mereka yang disetel luar biasa itu, dapat membuat mereka stabil tanpa menggunakan sedikitpun kekuatan dari otaknya. Mereka dapat melalui medan kasar seperti rumput, dengan tanpa masalah dan tetap stabil. Kami menemukan perilaku baru di mana, karena bentuknya, mereka mengguling secara otomatis ke sisi mereka untuk melewati tes rumput buatan ini.
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.
Sistem yang kokoh dapat melakukan banyak tugas dengan struktur yang sama. Ini tingkah laku baru yang kami temukan. Hewan dengan cepat membalikkan diri dan menghilang kurang dari 150 milidetik — Anda tak melihatnya — dengan struktur sama yang mereka pakai berlari, kaki. Mereka dapat berlari terbalik dengan sangat cepat pada batang, ranting, serta kabel, dan jika Anda mengusik salah satu rantingnya, mereka bisa melakukan ini. Mereka dapat melakukan manuver senam seperti robot yang kita belum punya sekalipun. Dan mereka memiliki kemampuan manuver yang hampir tak terbatas dengan struktur yang sama dan akses yang belum pernah ada sebelumnya ke berbagai area yang berbeda. Mereka memiliki sayap untuk terbang saat mereka merasa hangat, dan mereka menggunakan itu pula untuk membalikkan diri jika mereka sedang tidak stabil. Sangat efektif.
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.
Sistem yang kokoh juga minim dari kesalahan dan aman dari kegagalan. Inilah kaki kecoak. Ada tulang belakang, bantalan lengket, dan juga cakar. tapi jika Anda lepas kaki itu, mereka tetap bisa melalui medan berat, seperti video bawah yang Anda lihat, tanpa hampir melambat. Luar biasa. Mereka bisa berlari tanpa kaki mereka. Inilah hewan yang menggunakan tumpuan kaki tiga normal bergantian tiga kaki, tiga kaki, namun di alam, serangga seringkali kehilangan kaki mereka. Ini adalah contoh yang bergerak dengan dua kaki tengahnya yang hilang. Hewan itu bahkan bisa kehilangan tiga kaki, dalam satu tumpuan, dan memakai gaya berjalan baru, gaya berjalan melompat. Dan saya beri tahu, kalau semua video ini diperlambat 20 kali, jadi sebenarnya mereka sangat cepat jika Anda lihat.
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.
Sistem yang kokoh juga tahan terhadap kerusakan. Ini adalah hewan yang memanjat dinding. Kelihatannya seperti tanjakan vertikal yang cepat, mulus, tapi saat Anda lambatkan, Anda melihat sesuatu yang sangat berbeda. Ini yang mereka lakukan. Mereka dengan sengaja menabrakan kepala mereka dengan dinding sehingga mereka tidak melambat dan dapat memanjat dalam 75 milidetik. Dan mereka dapat melakukannya sebagian karena mereka memiliki kerangka luar yang luar biasa. Dan mereka benar-benar hanya tersusun atas sendi-sendi fleksibel yang berbentuk tabung dan piringan yang tersambung satu sama lain. Ini adalah pembedahan perut kecoak. Anda lihat piringan ini, dan Anda lihat selaput yang fleksibel ini.
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.
Kawan teknisi saya di Berkeley, bersama dengan muridnya merancang sebuah teknik manufaktur baru di mana Anda membuat origami kerangka luar, memotongnya dengan laser, melaminasinya, dan melipatnya menjadi robot. Dan Anda dapat melakukannya sekarang kurang dari 15 menit. Robot-robot ini, disebut DASH, kependekan dari <i>Dynamic Autonomous</i> <i>Sprawled Hexapod</i>, adalah robot yang sangat fleksibel, dan mereka sangat kuat akibat adanya fitur-fitur ini. Mereka tentu sangat tahan terhadap kerusakan. (Tertawa) Mereka bahkan memiliki beberapa perilaku yang sama seperti kecoak. Sehingga mereka bisa memakai tubuh pintar dan fleksibelnya untuk memanjat dinding. dengan cara yang sangat sederhana. Mereka bahkan memiliki beberapa perilaku awal inversi cepat ketika mereka menghilang.
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.
Sekarang kami ingin tahu mengapa mereka bisa bergerak kemanapun. Kami menemukan bahwa mereka bisa melalui celah berukuran tiga milimeter, setinggi dua koin, dua koin yang ditumpuk, saat mereka melakukannya, mereka bisa berlari melalui ruang-ruang terbatas itu dengan kecepatan tinggi, walaupun Anda tidak pernah melihatnya. Supaya lebih paham, kami melakukan <i>CT scan</i> pada kerangka luarnya dan hasil menunjukkan kalau mereka bisa memadatkan tubuhnya hingga lebih dari 40 persen. Kami meletakannya dalam mesin uji bahan untuk melihat analisis tegangan regangan dan hasil menunjukkan mereka bisa menahan beban hingga 800 kali beban tubuhnya, dan setelahnya mereka bisa terbang dan berlari dengan tetap normal.
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)
Jadi Anda tidak pernah tahu ke mana arah penelitian berbasis rasa ingin tahu, dan suatu hari Anda mungkin ingin segerombolan robot yang terinspirasi dari kecoak untuk datang menghampiri Anda. (Tertawa)
Thank you.
Terima kasih.
(Applause)
(Tepuk tangan)