Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Nawet najbardziej odrażające stworzenia w przyrodzie skrywają cenne tajemnice, ale kto chciałby badać chmarę karaluchów? Wytwory natury różnią się od ludzkiej technologii
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.
głównie solidnością. Solidne systemy są stabilne w złożonych i nowych otoczeniach. Mimo napotykanych przeszkód karaluchy zachowują zdumiewającą równowagę. Nawet zakładając im silnik odrzutowy na plecy, czy podczas symulacji trzęsienia ziemi, zauważyliśmy, że ich niesamowicie zestrojone nogi pozwalają im zachować równowagę, nie angażując w to w ogóle zasobów ich mózgu. Utrzymują równowagę nawet w złożonym otoczeniu, jak trawa. Odkryliśmy, że ze względu na kształt ich ciała, automatycznie przewracają się na bok, by pokonać testowy odcinek sztucznej trawy. Solidne systemy mogą wykonywać wiele czynności
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.
używając pojedynczej struktury. Odkryliśmy też następujące zachowanie. Zwierzę nagle odwraca się do góry nogami i znika w mniej niż 150 milisekund, używając struktur używanych też do biegania - odnóży. Potrafią bardzo szybko biegać do góry nogami po prętach, gałęziach i drutach, a jeśli poruszymy taką gałęzią, potrafią zrobić coś takiego. Wykonują figury gimnastyczne nieosiągalne dla współczesnych robotów. Ta sama struktura zapewnia im niemal nieograniczoną zwrotność i niesamowity dostęp do różnorodnych obszarów. Mają skrzydła by latać gdy jest im za ciepło, ale używają ich także, by się odwrócić, gdy tracą równowagę. To bardzo skuteczne. Solidne systemy mają też spory margines błędu.
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.
To stopa karalucha. Ma kolce, lepkie poduszki i pazury, ale nawet bez stóp owady te pokonują nierówne tereny co pokazuje dolny materiał video, prawie nie zwalniając. Niesamowite. Bez stóp poruszają się też po siatce. Oto naprzemienny chód zdrowego sześcionoga: trzy nogi, trzy nogi, trzy nogi, ale w naturze owady często tracą odnóża. Oto jeden poruszający się bez środkowej pary. Mogą nawet stracić trzy nogi i wtedy przemieszczają się, podskakując. Zaznaczam, że te ujęcia video zostały spowolnione 20-krotnie. Normalnie poruszają się znacznie szybciej.
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.
Solidne systemy są odporne na uszkodzenia. To owad wspinający się na ścianę. Wygląda to jak nagłe, płynne przejście do pionu, ale na zwolnieniu widać coś zupełnie innego. Oto, co karaluchy robią. Celowo zderzają się centralnie ze ścianą, by nie zwolnić i zacząć się wspinać w 75 milisekund. Mogą to robić między innymi dzięki niesamowitym egzoszkieletom. A są one złożone z elastycznych stawów składających się z kombinacji rurek i płytek. Oto przekrój tułowia karalucha. Widać płytki i elastyczną membranę.
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.
Mój znajomy z Uniwersytetu Berkeley i jego studenci opracowali nową technikę produkcji polegającą na stworzeniu modelu origami egzoszkieletu wycinanym laserowo, laminowanym i składanym w postać robota. Można to dzisiaj zrobić już w 15 minut. Te roboty, zwane DASH czyli Dynamiczne Autonomiczne Składane Heksapody, to bardzo elastyczne roboty, które są niesłychanie solidne dzięki swoim właściwościom. Z pewnością są bardzo odporne na uszkodzenia. (Śmiech) Nawet zachowują się jak karaluchy. Dzięki zwinnemu i elastycznemu korpusowi z łatwością wspinają się po ścianach. Wygląda na to, że będą też mogły nagle odwracać się do góry nogami i znikać.
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.
Nasze badania wykazały też, że mogą przechodzić przez 3-milimetrowe szpary, wysokości dwóch złożonych monet jednogroszowych, i gdy przechodzą przez tak ciasne przestrzenie, robią to bardzo szybko, chociaż trudno to zauważyć. By lepiej to zrozumieć, przeprowadziliśmy tomografię egzoszkieletu i okazało się że potrafią one skurczyć swoje ciało o ponad 40 procent. Przeprowadziliśmy na nich testy by przyjrzeć się krzywej naprężenia-odkształcenia które wykazały, że wytrzymują one obciążenia przekraczające ich wagę 800-krotnie, po czym mogą latać i poruszać się całkiem normalnie. A więc nigdy nie wiadomo,
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)
dokąd zaprowadzą nas badania zainspirowane ciekawością i może pewnego dnia chmara robotów-karaluchów okaże się bardzo mile widziana. (Śmiech) Dziękuję.
Thank you.
(Brawa)
(Applause)