Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Mesmo as criaturas mais nojentas da natureza têm segredos importantes, mas quem gostaria de ter um enxame de baratas vindo em sua direção?
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.
Mesmo assim uma das maiores diferenças entre tecnologia natural e humana está relacionada à robustez. Sistemas robustos são estáveis em ambientes complexos e desconhecidos. Notavelmente, baratas podem se estabilizar andando em terreno acidentado. Quando colocamos um <i>jet pack</i> nelas, um introduzimos uma perturbação como um terremoto, descobrimos que suas patas altamente adpatadas lhes permitem se estabilizar sem precisar de qualquer poder cerebral. Elas conseguem passar por terrenos complexos como grama, sem problemas, e não se desestabilizar. Descobrimos um novo comportamento, pelo seu formato, na verdade elas rolam automaticamente para o lado para passar por este pedaço de teste de grama 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.
Sistemas robustos conseguem desempenhar múltiplas tarefas com a mesma estrutura. Este é outro comportamento que descobrimos. Os animais rapidamente se viram e desaparecem em menos de 150 milissegundos -- nunca as vemos -- usando as mesmas estruturas que usam para correr, suas patas. Correm de cabeça para baixo rapidamente em bastões, galhos e fios, e se você balançar algum desses galhos, elas podem fazer isto. Podem realizar manobras de ginástica como nenhum robô que já temos. E têm quase manobrabilidade ilimitada com essa mesma estrutura e acesso sem precedente a uma variedade de áreas diferentes. Elas têm asas para voar quando ficam com calor, mas podem usar essas mesmas asas para se virar se se desestabilizarem. 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.
Sistemas robustos são também tolerantes a erros e à prova de falhas. Esta é a pata de uma barata. Tem espinhos, solas pegajosas e garras, mas se você tirar essas patas, elas ainda passam por terreno acidentado, como se vê no vídeo de baixo, Quase sem desacelerar. Extraordinário. Elas conseguem subir por uma malha sem as patas. Este é um animal usando um tripé normal alternado: três patas, três patas, três patas, Mas na natureza, os insetos normalmente já perderam as patas. Este está se movendo sem as duas patas do meio. Pode até mesmo perder três patas em um tripé, e adotar uma nova marcha, uma marcha em saltos. E eu saliento que todos esses vídeos estão desacelerados 20 vezes, elas são, na verdade, bem rápidas, quando observamos.
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.
Sistemas robustos também são resistentes a danos. Este é um animal subindo por uma parede. Parece ser uma subida vertical rapida e suave, Mas se desacelerarmos, vemos algo bem diferente. Eis o que eles fazem. Eles colidem a cabeça na parede de propósito para que não desacelerem e possam subir em 75 milissegundos. E podem fazer isso em parte porque têm exoesqueletos extraordinários. E são mesmo feitos de juntas complacentes que são tubos e placas conectados uns aos outros. Eis a dissecação do abdômen de uma barata. Vemos estas placas, e vemos a membrana complacente.
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.
Meu colega engenheiro em Berkeley projetou com seus alunos uma nova técnica de fabricação onde essencialmente cria-se o esqueleto como origami, cortamos com laser, laminamos, e o dobramos em um robô. E agora dá para fazer isso em menos de 15 minutos. Esse robôs, chamados de DASH, para [Hexápode Espalhado Autônomo Dinâmico] são robôs altamente complacentes, e são notavelmente robustos devido a essas características. São certamente altamente resistentes a danos (Risos) Eles até têm alguns comportamentos das baratas. E podem usar seu corpo inteligente e complacente para transitar parede acima de uma maneira bem simples. Eles até têm um pouco do começo do comportamento de inversão rápida pelo qual eles 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.
Agora queremos saber por que podem ir a qualquer lugar. Descobrimos que podem passar por lacunas de três milímetros, da altura de duas moedas, duas moedas empilhadas, E quando fazem isso, elas podem passar por esses espaços confinados a altas velocidades, apesar de nunca vermos isso. Para melhor entendê-las, nós fizemos uma TC do exoesqueleto e mostramos que podem comprimir seus corpos em até 40%. Nós as colocamos numa máquina de testes de materiais para observar o ensaio de tração e mostramos que podem suportar forças 800 vezes maiores que seu peso, e depois disso conseguem voar e correr absolutamente sem problemas.
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)
Então não dá para saber aonde a pesquisa por curiosidade vai chegar. e algum dia talvez vocês queiram que um enxame de robôs inspirados em baratas venha em sua direção. (Risos)
Thank you.
Obrigado.
(Applause)
(Aplausos)