Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?
Навіть найбільш огидні створіння природи мають важливі секрети, але хто захоче, щоби рій тарганів завітав до нього?
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.
Одна з великих розбіжностей між природою та людськими технологіями полягає в надійності. Надійні системи - стабільні у важких та змінних обставинах. Дивовижно, таргани самостабілізуються, коли біжать нерівною поверхнею. Коли ми ставили на них реактивний рюкзак чи заважали їм, вдаючи землетрус, ми виявили. що їх зразково настроєні ноги дозволяють їм стабілізуватись без використання будь-якої мозкової активності. Вони можуть пересуватись складними поверхнями, такими як трава, без труднощів і ускладнення стабілізації. Ми виявили нову поведінку, коли, завдяки своїй формі, вони мимоволі перекочувались на бік, щоб пройти крізь цей штучний бар'єр із трави.
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.
Надійні системі можуть виконувати декілька задач, використовуючи однакові конструкції. Ось нова поведінка, яку ми дослідили. Тварина швидко перевертається та зникає менш, ніж за 150 мілісекунд - ви ніколи їх не побачите - використовуючи такі ж конструкції, як і для бігу - їхні ноги. Вони можуть бігти догори дригом дуже швидко по лозі, гілці і проводу, і якщо ви розгойдаєте гілку, вони зроблять це саме. Вони можуть виконувати гімнастичні маневри, які не виконає жоден робот. І вони мають майже необмежену рухливість за допомоги однієї конструкції і безпрецедентний доступ до безлічі різних областей. Вони мають крила, щоб літати, коли їм тепло, але вони використовують ті самі крила, щоб перевернутись, коли вони дестабілізовані. Дуже ефективно.
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.
Надійні системи здатні працювати при помилках та безпечні при аваріях. Це - нога таргана. Вона складається з шипів, липких пластин та клешнів, але якщо ви відірвете ці ноги, вони зможуть пересуватись поверхнею, як на відео знизу, без значного сповільнення. Надзвичайно. Вони можуть бігти сіткою без своїх ніг. Ось тварина використовує звичайну змінну триногу: три ноги, три ноги, три ноги, але в дійсності комахи часто гублять свої ноги. Ось одна рухається без двох середніх ніг. Вона може втратити три ноги, в тринозі, та адаптувати нову ходу, стрибаючу. І я зазначу, що всі ці відео сповільнені в 20 разів, в дійсності вони швидші, коли ви це побачите.
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.
Надійні системи також витримують пошкодження. Ось тварина піднімається по стіні. Виглядає як швидке, плавне, вертикальне сходження, але коли ви сповільните це, ви побачите дещо інше. Ось що трапляється. Вони цілеспрямовано мають зіткнення головою зі стіною: так вони не сповільнюються і можуть перейти вгору за 75 мілісекунд. Частково вони можуть робити таке завдяки своєму дивовижному скелету. Вони складаються з еластичних вузлів, що являють собою труби та пластини, з'єднані разом. Ось розріз черевця таргана. Ви бачите ці пластини та еластичні мембрани.
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.
Мій колега - інженер з Берклі - разом зі своїми студентами розробив сучасну технологію виробництва, яка дозволяє скласти скелет як орігамі. Ви вирізаєте лазером, ламінуєте, а потім згинаєте, щоб отримати робота. І ви можете зробити це менше, аніж за 15 хвилин. Ці роботи називаються DASH, абревіатура від Динамічний Автономний повзучий гексапод, це дуже еластичні роботи, до того ж дуже надійні, завдяки своїм особливостям. Вони, в дійсності, незвичайно захищені від пошкоджень. (Сміх) Вони навіть мають деякі властивості тарганів. Так, вони можуть використовувати своє розумне еластичне тіло для переходу на стіну дуже просто. Вони навіть мають деякі зачатки поведінки з швидкою інверсією,
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.
коли вони зникають. Тепер ми хочемо знати, чому вони можуть пройти всюди. Ми дослідили, що вони можуть проходити через трьохміліметрову шпарину. висотою в дві копійки, одна на одній, і коли вони роблять це, вони можуть пробігти через цей завужений простір на великій швидкості. Хоча ви ніколи цього не побачите. Щоб краще це зрозуміти, ми зробили сканування скелета, і показали, що вони можуть стискати своє тіло більш, ніж на 40 відсотків. Ми поклали їх у автомат з тестування матеріалів, щоб дослідити силу тиску, і продемонстрували, що вони можуть витримати силу в 800 разів більшу, аніж їх власна вага, а після цього вони можуть літати та бігати
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)
цілком нормально. Ви ніколи не знаєте, куди вас можуть привести дослідження. І одного дня ви захочете, щоб рій роботів на кшталт тарганів завітав до вас.
Thank you.
(Сміх)
(Applause)
Дякую