Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Dokonca aj najodpornejšie bytosti prírody majú dôležité tajomstvá. Ale kto by chcel, aby sa k nemu priblížil roj švábov?
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.
Avšak, jeden z najväčších rozdielov medzi prírodnými a ľudskými technológiami sa týka robustnosti. Robustné systémy sú stabilné v komplexnom a novom prostredí. Pozoruhodné je, že šváby si dokážu sami udržať rovnováhu bežiac cez drsný terén. Keď na ne položíme raketový batoh alebo ich vystavíme rušivým vplyvom, napr. zemetraseniu, zistíme, že ich úžasne nastavené nohy im umožňujú udržať rovnováhu bez použitia akejkoľvek inteligencie. Dokážu ísť cez komplikovaný terén, ako je tráva, a bez problému si udržia rovnováhu. Objavili sme nové správanie, pri ktorom sa vďaka ich tvaru automaticky obrátia na stranu, aby prešli cez tento umelý terén podobný tráve.
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.
Mohutné systémy môžu vykonávať viac úloh naraz s rovnakou štruktúrou. Tu je nové správanie, ktoré sme objavili. Zvieratá sa rýchlo obrátia a zmiznú za menej ako 150 milisekúnd – nikdy ich neuvidíte – s použitím rovnakej štruktúry, ktorú použili na beh – nohy. Vedia veľmi rýchlo bežať hore nohami na tyči, vetve a drôte, ak zatrasiete jednou z tých vetiev, vedia urobiť toto. Dokážu urobiť také gymnastické manévre, aké žiadny robot, ktorého máme, doteraz nedokázal. A majú takmer neobmedzenú schopnosť manévrovať pomocou rovnakej štruktúry a majú bezpríkladný prístup k množstvu rôznych terénov. Majú krídla, ktoré používajú, keď im je teplo, ale tie isté krídla im slúžia aj na prevrátenie sa, ak stratia rovnováhu. Veľmi efektívne.
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.
Robustné systémy sú tiež odolné proti chybám a zlyhaniu. Toto je noha švába. Má ostne, lepkavé vankúšiky a pazúry. Ale ak odstránite tieto nohy, stále dokážu prejsť cez drsný terén, ako môžete vidieť na dolnom videu, takmer bez toho, aby spomalili. Pozoruhodné. Vedia vybehnúť po sieti bez nôh. Toto je zviera, ktoré používa bežnú striedavú trojnožku: tri nohy, tri nohy, tri nohy, ale v prírode hmyz často stratí svoje nohy. Tu je jedno pohybujúce sa bez dvoch stredných nôh. Môže dokonca stratiť tri nohy a osvojí si skackavú chôdzu. A zdôrazňujem, že všetky tieto videá sú 20-násobne spomalené, takže keď ich vidíte, sú vlastne veľmi rýchle.
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.
Robustné systémy sú taktiež odolné proti poškodeniu. Tu je zviera šplhajúce sa po stene. Vyzerá to ako rýchly, hladký, vertikálny výstup, ale keď to spomalíte, uvidíte niečo veľmi odlišné. Vyzerá to takto. Úmyselne narazia hlavou do steny, takže nespomalia a môžu prejsť hore za 75 milisekúnd. A dokážu to urobiť sčasti preto, lebo majú mimoriadne exoskeletony (vonkajšie kostry). Sú skutočne vytvorené iba z poddajných spojení rúrok a doštičiek, ktoré sú vzájomne poprepájané. Tu je pitva brucha švába. Vidíte tieto doštičky a poddajnú membránu.
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.
Môj kolega inžinier v Berkeley navrhol so svojimi študentmi novú výrobnú techniku, pri ktorej v podstate poskladáte exoskeleton ako origami. Narežete ho laserom, zlaminujete a zložíte robota. Toto môžete teraz urobiť za menej ako 15 minút. Tieto roboty, nazývané DASH, teda dynamický samostatný roztiahnutý hexapod, sú vysoko poddajné roboty a výsledkom týchto vlastností je, že sú pozoruhodne pevné. Sú samozrejme neskutočne odolné proti poškodeniu. (smiech) Dokonca majú niektoré spôsoby správania ako šváby. Takže môžu použiť svoje šikovné, poddajné telo na výstup po stene veľmi jednoduchým spôsobom. Vykazujú dokonca počiatky správania rýchleho obratu, pri ktorom zmiznú.
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.
Teraz chceme vedieť, prečo dokážu ísť kdekoľvek. Zistili sme, že vedia prejsť cez trojmilimetrové štrbiny – výška dvoch mincí na sebe. A keď to robia, vedia v podstate prebehnúť cez tento stiesnený priestor vysokou rýchlosťou, aj keď to nikdy neuvidíte. Pre lepšie pochopenie sme urobili CT snímku exoskeletonu a ukázali sme, že dokážu stlačiť svoje telo o viac ako 40 percent. Položili sme ich do prístroja na testovanie látok, aby sme sa pozreli na analýzu tlakového vypätia a ukázali sme, že vedia vydržať sily 800 násobku ich telesnej hmotnosti a po tomto dokážu lietať a bežať úplne normálne,
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)
takže nikdy neviete, kam výskum založený na zvedavosti povedie, a raz možno budete chcieť, aby k vám prišiel roj robotov inšpirovaných švábmi. (smiech)
Thank you.
Ďakujem.
(Applause)
(potlesk)