แม้แต่สัตว์โลกที่น่าขยะแขยงมากที่สุด
Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
ก็ยังมีความลับที่สำคัญซ่อนอยู่ แต่จะมีใครที่อยากให้ฝูงแมลงสาบ วิ่งเข้าหาตัวบ้างล่ะ ยังมีสิ่งหนึ่งที่แตกต่างกันมากระหว่าง ธรรมชาติกับเทคโนโลยีของมนุษย์
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.
ก็คือความทนทานนั่นเอง ระบบความทนทานจะมีความเสถึยรแม้ใน สภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและหลากหลาย ที่น่าทึ่งคือ แมลงสาบสามารถทำตัวเอง ให้เสถียรได้ ในการวิ่งผ่านพื้นที่ขรุขระ เมื่อเราวางของบนหลังแมงสาบ หรือสร้างสถานการณ์คล้ายแผ่นดินไหว เราค้นพบว่าขาแมลงสาบปรับได้อย่างน่าพิศวง ทำให้สร้างความเสถึยรภาพได้เอง โดยไม่ได้ใช้ความสามารถของสมองเลย แมลงสาบสามารถผ่านพื้นที่สลับซับซ้อน เช่น หญ้า ไม่มีปัญหา และไม่เกิดความไร้เสถึยรภาพ เราค้นพบพฤติกรรมใหม่ เนื่องจากรูปร่างของพวกมัน มันสามารถเดินโคลงเคลงอัตโนมัติจากด้านข้าง ผ่านหญ้าที่สร้างขึ้นเพื่อทดสอบ ระบบความทนทาน สามารถทำภารกิจได้หลายแบบ
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.
ด้วยโครงสร้างแบบเดียวกัน นี่คือ พฤติกรรมใหม่ที่เราค้นพบ มันพลิกตัวและหายไปได้อย่างรวดเร็ว น้อยกว่า 150 มิลลิวินาที คุณจะมองไม่เห็นพวกมัน ด้วยการใช้โครงสร้างแบบเดียวกันนั้น พวกมันใช้ขาวิ่ง สามารถวิ่งขึ้นลง อย่างรวดเร็วบนไม้ กิ่งไม้ หรือลวด และถ้าคุณทำให้กิ่งไม้เหล่านั้นพันกัน พวกมันก็ยังวิ่งขึ้นลงได้เหมือนเดิม พวกมันสามารถแสดงกายกรรมยักย้ายไปมา เหมือนหุ่นยนต์ที่พวกเรายังไม่เคยมี และพวกมันไร้ขีดจำกัด ในการยักย้ายด้วยโครงสร้างแบบเดียวกัน ในการเข้าถึงแบบคาดเดาไม่ได้ในพื้นที่ ที่แตกต่างหลายแบบ พวกมันมีปีกไว้บินเมื่ออากาศอบอุ่น และพวกมันก็จะขยับปีก เมื่อรู้สึกถึงความไม่เสถียรภาพ มีประสิทธิภาพมากจริงๆ ระบบความทนทานมีทั้งระบบคงทน ต่อความเสียหายและระบบป้องกันภัย
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.
นี่คือเท้าของแมลงสาบตัวหนึ่ง มันมีหนาม แผ่นเท้าที่เหนียว และเล็บ แต่ถ้าคุณตัดเท้าพวกนี้ออกมา พวกมันยังสามารถเดินเหนือพื้นดินขรุขระ เหมือนตอนท้ายวิดีโอที่เห็นนี้ โดยไม่ช้าลงได้อย่างผิดธรรมดา มันสามารถวิ่งอย่างรวดเร็ว ประสานงานกันแม้ว่าไม่มีเท้า นี้คือสัตว์ที่ใช้รูปแบบทั่วไปมีสามขาสลับกันไปมา สามขา สามขา สามขา โดยธรรมชาติ แมลงมันสูญเสียขาของพวกมัน นีคือหนึ่งในแมลงที่เดินด้วยขากลางสองขา แม้ว่ามันจะขาขาดสามขา และดัดแปลงท่าทางเดินใหม่ ท่าทางกระโดด และผมจะชี้ให้เห็นในวีดีโอเหล่านี้ โดยให้ช้าลง 20 เท่า ดังนั้นจะเห็นว่าพวกมันเร็วมาก ถ้าคุณสังเกตเห็น ระบบความทนทานมีการคงทนต่อความเสียหาย
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.
นี่คือสัตว์ที่กำลังปีนกำแพง มันดูเหมือนว่าเร็ว นุ่มนวล และไต่แนวดิ่ง แต่ถ้าทำให้มันดูช้าลง จะมองเห็นบางอย่างที่แตกต่างมาก นี่คือสิ่งที่พวกมันทำ พวกมันตั้งใจที่จะใช้หัวประสานกันกับกำแพง ซึ่งจะทำให้ไม่ช้าลงและตั้งตัวขึ้นไปได้ด้วย ในเวลา 75 ล้านวินาที พวกมันสามารถทำได้ในแบบนี้ เพราะพวกมัน มีโครงสร้างที่ผิดธรรมดามาก และพวกมันถูกสร้างขึ้นมาด้วยชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ ด้วยท่อและแผ่น ประสานซึ่งกันและกัน นี่คือการผ่าวิเคราะห์ดูช่องท้องของแมลงสาบ คุณจะเห็นแผ่นเหล่านี้ และเยื่อหุ้มบาง ๆ ที่สอดคล้องกัน เพื่อนวิศวกรร่วมงามของผมที่เบิร์กลีย์
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.
ได้ออกแบบร่วมกับนักศึกษา เทคนิคการผลิตที่ไม่เคยมีมาก่อน ที่มีโครงสร้างแบบการพับกระดาษที่พิเศษยิ่ง คุณใช้เลเซอร์ตัดมันแล้วประกบมัน แล้วนำมารวมกันเป็นหุ่นยนต์ตัวหนึ่ง และตอนนี้คุณสามารถทำมัน โดยใช้เวลาน้อยกว่า 15 นาที หุ่นยนต์เหล่านี้ เรียกว่า แดส ชื่อ ไดนามิค ออโตโนมัติ สปอร์ เฮ็กซาพอด คือหุ่นยนต์ที่เลียนแบบได้อย่างสูงยิ่ง และพวกมันทนทานอย่างแน่นอนด้วยเหตุผล จากรูปร่างเหล่านี้ แน่นอนพวกมันทนทาน ต่อความเสียหายอย่างเหลือเชื่อ (เสียงหัวเราะ) พวกมันมีแม้แต่พฤติกรรมบางอย่างของแมลงสาบ พวกมันใช้ความชำนาญ และรูปทรงที่ง่ายต่อ การไต่กำแพงขึ้น ด้วยวิธีการแบบเรียบง่าย และพวกมันมีแม้แต่บางอย่างจากสิ่งเริ่มต้น ในการพลิกตัวอย่างรวดเร็ว เมื่อจะหายตัว ตอนนี้เราต้องการจะรู้ว่าทำไมพวกมันไปได้ทุกที่
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.
เราค้นพบว่าพวกมันสามารถผ่านไปได้ ช่องว่างสามมิลลิเมตร ความสูงของเหรียญสองเพ็นนีที่วางซ้อนกัน และตอนที่พวกมันทำเช่นนี้ พวกมันสามารถวิ่งผ่านพื้นที่ช่องว่างนี้ ด้วยอัตราความเร็ว ที่แม้แต่คุณก็ไม่เคยเห็นมาก่อน เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้น เราได้ทำ ซีที สแกนโครงสร้าง และแสดงให้เห็นว่า พวกมันสามารถหดรูปร่างตัวเอง มากกว่าร้อยละ 40 เราวางพวกมันลงในเครื่องจักรทดสอบโลหะ เพื่อค้นหาวิเคราะห์แรงเค้น และแสดงให้เห็นว่า พวกมันสามารถทนแรงกดดัน มากกว่า 800 เท่าของร่างมันเอง และหลังจากนั้นพวกมันสามารถบินและวิ่ง แบบปกติทั่วไป อืม คุณไม่รู้หรอกว่า
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)
งานวิจัยที่มาจากความสงสัย จะนำไปสู่ที่ไหน และในวันหนึ่งคุณอาจจะต้องการฝูงแมลง หุ่นยนต์ที่ได้แรงบันดาลใจจากแมลงสาบ ให้มาหาพวกคุณ (เสียงหัวเราะ) ขอบคุณครับ
Thank you.
(เสียงปรบมือ)
(Applause)