Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Até as criaturas mais repelentes da Natureza têm segredos importantes, mas quem gostaria de um bando de baratas a vir na sua direcção?
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.
Uma das maiores diferenças entre a tecnologia natural e a humana tem a ver com a robustez. Os sistemas robustos são estáveis em ambientes complexos e novos. As baratas podem auto-estabilizar-se ao correrem em terreno acidentado. Se lhes atirarmos um jacto ou se forem perturbadas como por um terramoto, descobrimos que as suas pernas maravilhosamente afinadas lhes permitem auto-estabilizar-se sem usarem qualquer processo cerebral. Podem deslocar-se sobre terreno complexo como a relva, sem problemas e sem perderem estabilidade. Descobrimos um novo comportamento em que, devido à sua forma, rolam automaticamente sobre o lado para atravessarem este teste de relva artificial.
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.
Os sistemas robustos podem desempenhar múltiplas tarefas com a mesma estrutura. Eis um novo comportamento que descobrimos. Os animais rapidamente se invertem e desaparecem em menos de 150 milissegundos — nunca os vemos — usando a mesma estrutura que usam para correr, as suas pernas. Podem correr de pernas para o ar muito depressa, em hastes, ramos e fios e, se agitarmos um desses ramos, elas conseguem fazer isto. Conseguem fazer movimentos de ginástica que nenhum robô actual consegue. E têm uma manobrabilidade quase ilimitada com a mesma estrutura e um acesso sem precedentes a uma variedade de diferentes áreas. Têm asas para voar quando aquecem, mas usam essas mesmas asas para se virarem se perderem estabilidade. Muito eficiente.
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.
Os sistemas robustos também têm tolerância a falhas e proteções de segurança. Isto é o pé de uma barata. Tem espinhos, apoios pegajosos e garras, mas se tirarmos esses pés, ainda conseguem andar em terreno acidentado, como vêem no vídeo em baixo, sem quase abrandarem. Extraordinário! Podem subir uma rede sem os pés. Eis um animal que usa um tripé normal, alternado: três pernas, três pernas, três pernas, mas na Natureza, os insectos perdem com frequência as suas pernas. Aqui está um a mover-se sem as duas pernas do meio. Pode até perder três pernas, num tripé, e adoptar uma nova marcha, uma marcha saltitante. E saliento que todos estes vídeos estão 20 vezes mais lentos,
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.
por isso são realmente rápidos, quando os vemos. Os sistemas robustos são também resistentes a estragos. Eis um animal a subir uma parede. Parece uma subida vertical rápida e suave, mas se o virmos mais lento, vemos algo muito diferente. Aqui está o que eles fazem. Têm uma colisão frontal intencional com a parede para não abrandarem e podem transpor a parede em 75 milissegundos. E conseguem fazer isto em parte porque têm exoequeletos extraordinários. E são apenas feitos de articulações adaptadas que são tubos e placas ligadas entre si. Eis a dissecação do abdómen de uma barata.
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.
Podem ver estas placas e a membrana adjacente. O meu colega de engenharia em Berkeley desenhou com os seus estudantes uma nova técnica de fabrico em que essencialmente se constrói o exoesqueleto como origami, corta-se com "laser", lamina-se e dobra-se para obter um robô. E podem fazê-lo em menos de 15 minutos. Estes robôs, designados por DASH — Hexápodes Articulados Autónomos e Dinâmicos — são robôs muito adaptáveis, e são notavelmente robustos como resultado destas características. São decerto incrivelmente resistentes a danos. (Risos) E têm alguns dos comportamentos das baratas. De modo que podem usar os seus corpos inteligentes e adaptáveis para ultrapassar uma parede de um modo muito simples. Têm até alguns indícios do comportamento de inversão rápida em que desaparecem.
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.
Queremos saber porque conseguem ir a todo o lado. Descobrimos que podem atravessar ranhuras de 3 milímetros, com a altura de duas moedas empilhadas, e quando o fazem, podem correr através destes espaços reduzidos a altas velocidades, embora nunca se vejam. Para percebemos melhor, fizemos uma TAC do exoesqueleto que mostrou que conseguem comprimir o corpo em cerca de 40 por cento. Colocámo-los em máquinas de testar materiais para ver a análise de tensões e deformações que mostrou que podem suportar forças 800 vezes o peso do seu corpo, e conseguem depois voar e correr
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)
de modo absolutamente normal. Nunca sabemos onde nos levará a pesquisa movida por curiosidade, (Gritos) e um dia poderemos querer que um enxame de robôs inspirados em baratas venha ter connosco. (Risos)
Thank you.
(Aplausos)
(Applause)
Obrigado.