Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Даже у самых отвратительных существ, созданных природой, есть важные тайны, но кого обрадует стая тараканов, движущаяся навстречу?
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.
Одним из величайших отличий между природными и человеческими изобретениями является выносливость. Устойчивые системы стабильны в сложных и новых условиях. Удивительно, но тараканы способны самостоятельно стабилизироваться во время бега по неровной дороге. Если поместить на них реактивный ранец или создать тряску, как при землетрясении, их превосходно подстраивающиеся ноги позволят им само-стабилизироваться без задействования мозга. Они могут преодолевать такую труднопроходимую местность как трава, не теряя равновесия. Мы обнаружили новое поведение, когда, из-за своей формы, они автоматически кренятся на бок,
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.
чтобы пройти через этот искусственный пучок травы. Надёжные системы могут выполнять множество задач, сохраняя ту же структуру. Вот другое обнаруженное нами поведение: насекомые опрокидываются и исчезают менее чем за 150 миллисекунд — их не заметить, — используя те же инструменты, что при беге — ноги. Они могут бежать вверх ногами очень быстро по прутьям, веткам и проводам, и если потрясти такую ветку, вот что они могут. Такие гимнастические манёвры роботы повторить пока не в состоянии. У них почти безграничная манёвренность при сохранении той же структуры и небывалый доступ к целому ряду разнообразных видов поверхностей. У них есть крылья, чтобы летать, когда становится жарко, но с их же помощью они встают на ноги, если перевернулись.
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.
Очень действенно. Надёжные системы также безотказны и безопасны. Это нога таракана. На ней есть шипы, липкие подушечки и клешни. Но если отнять ноги, тараканы всё равно смогут преодолевать ухабистые местности, как на видео ниже, едва ли замедляясь. Удивительно. Они могут подниматься без ног по сетке. Вот обычный бег шестиногого насекомого: три ноги, три ноги, три ноги, но в природе насекомые часто теряют конечности. Вот насекомое без двух средних ног. Даже трёх ног может не быть, и тогда насекомое вырабатывает новую скачкообразную походку. Хочу заметить, что все эти видео замедлены в 20 раз.
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.
В реальности они очень быстрые. Надёжные системы также устойчивы к повреждениям. Вот животное поднимается по стене. Выглядит как быстрое плавное вертикальное восхождение, но если замедлить видео, можно увидеть совсем другую картину. Вот что они делают: они намеренно врезаются головой в стену, чтобы, не замедляясь, взобраться на неё, и делают это за 75 миллисекунд. Они это могут отчасти потому, что у них исключительный экзоскелет. Он состоит из податливых сочленений, трубок и пластинок, соединённых друг с другом. Вот препарирование брюшка таракана. Видите эти пластины и податливую мембрану.
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.
Мой коллега-инженер в Беркли разработал со студентами новую методику сборки роботов, когда, по сути, собираешь экзоскелет как оригами: режешь лазером, расслаиваешь и собираешь его в робота. Сейчас это можно сделать менее чем за 15 минут. Эти роботы называются DASH — Динамический Автономный Растянутый Гексапод, и они очень податливые, потому и удивительно прочные. Они определённо крайне устойчивы к повреждениям. (Смех) В чём-то даже схожи по поведению с тараканами. Они могут использовать своё умное податливое тело, чтобы весьма простым способом взобраться на стену. У них даже есть задатки быстрого опрокидывания, при котором они исчезают.
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.
Но зачем им такая проходимость? Мы узнали, что они могут пройти через трёхмиллиметровые щели — это высота двух пенни, двух сложенных пенни, — при этом проходя сквозь эти ограниченные пространства с большой скоростью, хотя этого никогда не видишь. Чтобы лучше это понять, мы сделали компьютерную томографию их экзоскелета и показали, что они выдерживают сжатие тела более чем на 40%. Мы поместили их в машину для испытания материалов, чтобы увидеть результаты теста на сжатие и растяжение, и обнаружили, что они могут выдерживать силу, в 800 раз превышающую их вес, и после этого могут летать и бегать как ни в чем не бывало.
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)
Так что никогда не знаешь, куда приведёт исследование из любопытства, и, может, когда-нибудь вы захотите, чтобы стая тараканоподобных роботов пришла к вам. (Смех) (Аплодисменты)
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)