Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Anche le creature più disgustose hanno segreti importanti, ma chi vorrebbe un nugolo di scarafaggi che si avvicina?
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.
Eppure una delle grandi differenze tra le tecnologie umane e naturali concerne la robustezza. Sistemi robusti sono stabili in ambienti nuovi e complessi. Incredibilmente, gli scarafaggi possono auto-stabilizzarsi correndo su terreni sconnessi. Abbiamo messo loro un jet pack, o creato una perturbazione come un terremoto, abbiamo scoperto che calibravano le zampe permettendo loro di auto-stabilizzarsi senza usare le capacità mentali. Possono percorrere terreni complessi come un prato, nessun problema, e non farsi destabilizzare. Abbiamo scoperto un nuovo comportamento in cui, grazie alla loro forma, rotolano automaticamente sul fianco per passare attraverso questo pezzo di prato artificiale.
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.
Sistemi robusti possono compiere diversi compiti con la stessa struttura. Ecco un nuovo comportamento da noi scoperto. Gli animali cambiano direzione rapidamente e spariscono in meno di 150 millisecondi -- non li si vede mai -- usando la stessa struttura che usano per correre, le loro gambe. Possono correre a testa in giù molto rapidamente su gambi, rami e cavi, e se disturbate uno di quei rami, possono fare questo. Riescono a fare movimenti ginnici come nessun altro robot. E hanno una manovrabilità quasi illimitata con la stessa struttura e un accesso senza precedenti a una varietà di aree diverse. Hanno ali per volare quando si scaldano, ma usano quelle stesse ali per ribaltarsi se vengono destabilizzati. Molto 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.
I sistemi robusti sono a prova di guasto e di errore. Questa è la zampa di uno scarafaggio. Ha spine, cuscinetti appiccicosi e artigli, ma se togliete queste due zampe, possono ancora camminare su terreni sconnessi, come il video che vedete in basso, senza quasi rallentare. Straordinario. Possono correre su reti senza le zampe. Ecco un animale che usa un normale treppiede alternato: tre gambe, tre gambe, tre gambe, ma in natura, gli insetti perdono spesso le zampe. Eccone uno che si muove senza due zampe. Può anche perdere tre zampe, in un treppiede, e adottare una nuova andatura, un'andatura saltellante. E sottolineo che tutti questi video sono rallentati 20 volte, quindi sono in realtà molto veloci.
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.
Sistemi robusti sono anche resistenti ai danni. Ecco un animale che si arrampica su un muro. Sembra una scalata veloce, tranquilla, verticale, ma se rallentate, vedete una cosa molto diversa. Ecco cosa fanno. Urtano intenzionalmente il muro così non rallentano e possono continuare a salire in 75 millisecondi. E possono farlo in parte perché hanno esoscheletri straordinari. E sono fatti di articolazioni che combaciano ossia tubi e placche collegati gli uni agli altri. Questa è la dissezione dell'addome di uno scarafaggio. Vedete queste placche, e vedete la membrana che combacia.
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.
Il mio collega ingegnere a Berkeley ha progettato con i suoi studenti una nuova tecnica di produzione in cui si crea un esoscheletro con gli origami lo si taglia con il laser, lo si lamina, e lo si piega come un robot. E lo si può fare in meno di 15 minuti. Questi robot, chiamati DASH, per Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod, sono robot molto adattabili, e sono anche molto robusti grazie a queste funzionalità. Sono certamente resistenti ai danni. (Risate) Hanno anche alcuni comportamenti tipici degli scarafaggi. Possono usare il loro corpo intelligente per passare quel muro in modo molto semplice. Si intravedono anche alcuni tratti del comportamento di inversione rapida quando spariscono.
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.
Ora vogliamo sapere perché possono andare ovunque. Abbiamo scoperto che possono oltrepassare vuoti di tre millimetri, altezze di due monetine impilate, e quando lo fanno, possono attraversare questi spazi confinati ad alta velocità, anche se non lo vedete mai. Per capire meglio, abbiamo fatto una TAC dell'esoscheletro e mostrato che possono comprimere il loro corpo di più del 40 per cento. Li abbiamo messi in una macchina di test dei materiali per analizzare la tensione e dimostrato che possono sopportare forze 800 volte il peso del loro corpo, e successivamente possono volare e correre in modo assolutamente normale.
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)
Quindi chissà dove potrà arrivare la ricerca, guidata dalla curiosità, e un giorno potreste volere uno nugolo di robot-scarafaggi che si avvicina. (Risate)
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)