I want you to imagine that you're a student in my lab. What I want you to do is to create a biologically inspired design. And so here's the challenge: I want you to help me create a fully 3D, dynamic, parameterized contact model. The translation of that is, could you help me build a foot? And it is a true challenge, and I do want you to help me. Of course, in the challenge there is a prize. It's not quite the TED Prize, but it is an exclusive t-shirt from our lab. So please send me your ideas about how to design a foot.
Stel je voor dat je een student bent in mijn lab. Je moet een biologisch geïnspireerd ontwerp creëren. Hier is de uitdaging: ik wil dat je me een volledig 3D, dynamisch, geparametreerd contactmodel helpt creëren. Of anders gezegd, kan je me helpen om een voet te bouwen? Het is een echte uitdaging en ik wil dat je me helpt. Natuurlijk is aan de uitdaging een prijs verbonden. Het is niet helemaal de TED Prize, maar het is een exclusief T-shirt uit ons lab. Stuur me dus je ideeën over hoe een voet te ontwerpen.
Now if we want to design a foot, what do we have to do? We have to first know what a foot is. If we go to the dictionary, it says, "It's the lower extremity of a leg that is in direct contact with the ground in standing or walking" That's the traditional definition. But if you wanted to really do research, what do you have to do? You have to go to the literature and look up what's known about feet. So you go to the literature. (Laughter)
Hoe moeten we dat doen? We moeten eerst weten wat een voet is. Het woordenboek zegt: ”Het is het onderste uiteinde van een been dat in direct contact is met de grond bij het staan of lopen.” Dat is de traditionele definitie. Maar als je echt onderzoek wil doen, wat moet je dan doen? Je gaat in de literatuur opzoeken wat er bekend is over voeten. Dus ga je naar de literatuur. (Gelach)
Maybe you're familiar with this literature. The problem is, there are many, many feet. How do you do this? You need to survey all feet and extract the principles of how they work. And I want you to help me do that in this next clip. As you see this clip, look for principles, and also think about experiments that you might design in order to understand how a foot works.
Misschien zijn jullie vertrouwd met deze literatuur. Het probleem is dat er vele, vele voeten bestaan. Hoe doe je dit? Je moet alle voeten onderzoeken en er de principes over hoe ze werken uit distilleren. Ik wil dat jullie me helpen om dat te doen in de volgende clip. Als je deze clip bekijkt, zoek dan naar de principes, en denk ook na over de experimenten die je zou kunnen opzetten om te uit te vissen hoe een voet werkt.
See any common themes? Principles? What would you do? What experiments would you run? Wow. (Applause) Our research on the biomechanics of animal locomotion has allowed us to make a blueprint for a foot. It's a design inspired by nature, but it's not a copy of any specific foot you just looked at, but it's a synthesis of the secrets of many, many feet.
Zie je gemeenschappelijke thema's? Principes? Wat zou jij doen? Welke experimenten zou jij uitvoeren? Wow. (Applaus) Ons onderzoek naar de biomechanica van de dierlijke voortbeweging heeft ons toegelaten om een blauwdruk voor een voet te maken. Het is een ontwerp dat geïnspireerd is door de natuur, maar het is geen kopie van een specifieke voet zoals je net zag, maar het is een synthese van de geheimen van vele, vele voeten.
Now it turns out that animals can go anywhere. They can locomote on substrates that vary as you saw -- in the probability of contact, the movement of that surface and the type of footholds that are present. If you want to study how a foot works, we're going to have to simulate those surfaces, or simulate that debris. When we did that, here's a new experiment that we did: we put an animal and had it run -- this grass spider -- on a surface with 99 percent of the contact area removed. But it didn't even slow down the animal. It's still running at the human equivalent of 300 miles per hour.
Nu blijkt dat dieren overal op kunnen lopen. Ze kunnen zich voortbewegen op diverse ondergronden - in de kans op contact, de beweging van dat oppervlak en het type van de steunpunten die aanwezig zijn. Als je wil bestuderen hoe een voet werkt, dan zullen we deze oppervlakken moeten simuleren, of toch dat puin moeten simuleren. Hier is een nieuw experiment: we plaatsten er een dier en lieten het lopen - deze grasspin - over een oppervlak waarbij 99 procent van het contactoppervlak verwijderd was. Maar dat vertraagde het dier niet eens. Het loopt nog altijd met het menselijke equivalent van 500 kilometer per uur.
Now how could it do that? Well, look more carefully. When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated debris. The leg is acting as a foot. And in fact, the animal contacts other parts of its leg more frequently than the traditionally defined foot. The foot is distributed along the whole leg. You can do another experiment where you can take a cockroach with a foot, and you can remove its foot. I'm passing some cockroaches around. Take a look at their feet. Without a foot, here's what it does. It doesn't even slow down. It can run the same speed without even that segment. No problem for the cockroach -- they can grow them back, if you care. How do they do it? Look carefully: this is slowed down 100 times, and watch what it's doing with the rest of its leg. It's acting, again, as a distributed foot -- very effective.
Hoe zou het dat doen? Nou ja, beter kijken. Wanneer we 50 keer vertragen, zien we hoe de poot dat gesimuleerde puin raakt. De hele poot werkt als een voet. In feite maakt het dier meer contact met andere delen van zijn poot dan met de traditioneel gedefinieerde voet. De voet is verdeeld over de hele poot. Je kunt dit doen bij een ander experiment, waar je een kakkerlak met voet neemt, en zijn voet wegneemt. Ik geef wat kakkerlakken door. Kijk eens naar hun voeten. Zo gaat het zonder voeten. Hij vertraagt zelfs niet eens. Hij kan met dezelfde snelheid lopen, zelfs zonder dat segment. Geen probleem voor de kakkerlak - ze groeien terug aan, mocht je daarmee inzitten. Hoe doen ze het? Kijk goed: dit is 100 keer vertraagd, en kijk wat hij doet met de rest van zijn poot. Het werkt, alweer, als een verdeelde voet. Zeer effectief.
Now, the question we had is, how general is a distributed foot? And the next behavior I'll show you of this animal just stunned us the first time that we saw it. Journalists, this is off the record; it's embargoed. Take a look at what that is! That's a bipedal octopus that's disguised as a rolling coconut. It was discovered by Christina Huffard and filmed by Sea Studios, right here from Monterey.
Nu is onze vraag: hoe algemeen is zo’n verdeelde voet? Het gedrag van dit dier dat ik je zal laten zien, heeft ons effenaf verbijsterd de eerste keer dat we het zagen. Journalisten, dit is off the record, het is onder embargo - kijk daar eens goed naar! Dat is een tweevoetige octopus vermomd als rollende kokosnoot. Hij werd ontdekt door Christina Huffard en gefilmd door Sea Studios, hier bij Monterey.
We've also described another species of bipedal octopus. This one disguises itself as floating algae. It walks on two legs and it holds the other arms up in the air so that it can't be seen. (Applause) And look what it does with its foot to get over challenging terrain. It uses that beautiful distributed foot to make it as if those obstacles are not even there -- truly extraordinary.
We hebben ook een andere soort tweevoetige octopus beschreven. Een die zich vermomt als drijvende algen. Hij loopt op twee benen en houdt de andere armen omhoog, zodat hij niet gezien kan worden. (Applaus) Kijk eens wat hij doet met zijn voet als hij over moeilijk terrein loopt. Hij maakt gebruik van die mooie verspreide voet alsof die hindernissen er niet eens zijn. Werkelijk buitengewoon.
In 1951, Escher made this drawing. He thought he created an animal fantasy. But we know that art imitates life, and it turns out nature, three million years ago, evolved the next animal. It's a shrimp-like animal called the stomatopod, and here's how it moves on the beaches of Panama: it actually rolls, and it can even roll uphill. It's the ultimate distributed foot: its whole body in this case is acting like its foot.
In 1951 maakte Escher deze tekening. Hij dacht dat hij een dierlijke fantasie creëerde. Maar we weten dat de kunst het leven imiteert, en het blijkt dat de evolutie, drie miljoen jaar geleden, het volgende dier liet ontstaan. Het is een garnaalachtig dier, stomatopode genaamd, en hier zie je het lopen op de stranden van Panama: het rolt eigenlijk, en kan zelfs bergop rollen. Het is de ultieme verdeelde voet, zijn hele lichaam treedt in dit geval op als voet.
So, if we want to then, to our blueprint, add the first important feature, we want to add distributed foot contact. Not just with the traditional foot, but also the leg, and even of the body. Can this help us inspire the design of novel robots? We biologically inspired this robot, named RHex, built by these extraordinary engineers over the last few years. RHex's foot started off to be quite simple, then it got tuned over time, and ultimately resulted in this half circle. Why is that? The video will show you. Watch where the robot, now, contacts its leg in order to deal with this very difficult terrain. What you'll see, in fact, is that it's using that half circle leg as a distributed foot. Watch it go over this. You can see it here well on this debris. Extraordinary. No sensing, all the control is built right into the tuned legs. Really simple, but beautiful.
Dus de eerste belangrijke eigenschap die we aan onze blauwdruk willen toevoegen, is het contact via de verdeelde voet. Niet alleen met de traditionele voet, maar ook met de poot, en zelfs met het hele lichaam. Kan dit ons inspireren bij het ontwerpen van nieuwe robots? Deze biologisch geïnspireerde robot RHex werd de afgelopen jaren gebouwd door deze bijzondere ingenieurs. RHex's voet begon heel eenvoudig, werd steeds verbeterd en resulteerde uiteindelijk in deze halve cirkel. Waarom? De video zal het laten zien. Kijk waar de robot met zijn poot contact maakt om over dit zeer moeilijk terrein te lopen. Jullie zullen zien dat hij in feite de halve cirkel van zijn poot gebruikt als een verdeelde voet. Zie hem hierover lopen. Je kunt zien hoe goed hij over dit puin loopt. Buitengewoon. Geen sensoren, heel de controle zit hem in de aangepaste poten. Heel simpel, maar mooi.
Now, you might have noticed something else about the animals when they were running over the rough terrain. And my assistant's going to help me here. When you touched the cockroach leg -- can you get the microphone for him? When you touched the cockroach leg, what did it feel like? Did you notice something?
Nu hebben jullie misschien nog iets anders over de dieren opgemerkt toen ze over het ruwe terrein liepen. Mijn assistent gaat me hiermee helpen. Toen je die kakkerlakpoot aanraakte – kan je hem even de microfoon geven? Toen je die kakkerlakpoot aanraakte, hoe voelde dat aan? Merkte je iets op?
Boy: Spiny.
Jongen: Stekelig.
Robert Full: It's spiny, right? It's really spiny, isn't it? It sort of hurts. Maybe we could give it to our curator and see if he'd be brave enough to touch the cockroach. (Laughter)
Robert Full: Stekelig, niet? Echt stekelig, is het niet? Het doet pijn. Misschien kunnen we hem even aan onze curator geven en zien of hij dapper genoeg is om de kakkerlak aan te raken. (Gelach)
Chris Anderson: Did you touch it?
Chris Anderson: Heb je hem aangeraakt?
RF: So if you look carefully at this, what you see is that they have spines and until a few weeks ago, no one knew what they did. They assumed that they were for protection and for sensory structures. We found that they're for something else -- here's a segment of that spine. They're tuned such that they easily collapse in one direction to pull the leg out from debris, but they're stiff in the other direction so they capture disparities in the surface.
RF: Dus als je hier goed naar kijkt, dan zie je dat ze stekels hebben en tot een paar weken geleden wist niemand dat. Ze dachten dat ze voor bescherming en om te voelen dienden. We ontdekten dat ze voor iets anders dienden - hier is een segment van die stekels. Ze zitten zo in elkaar dat ze makkelijk inklappen in een richting om de poot uit het puin te trekken, maar ze zijn stijf in de andere richting, zodat ze zich vastzetten op uitsteeksels op het oppervlak.
Now crabs don't miss footholds, because they normally move on sand -- until they come to our lab. And where they have a problem with this kind of mesh, because they don't have spines. The crabs are missing spines, so they have a problem in this kind of rough terrain. But of course, we can deal with that because we can produce artificial spines. We can make spines that catch on simulated debris and collapse on removal to easily pull them out. We did that by putting these artificial spines on crabs, as you see here, and then we tested them. Do we really understand that principle of tuning? The answer is, yes! This is slowed down 20-fold, and the crab just zooms across that simulated debris. (Laughter) (Applause) A little better than nature.
Nu komen krabben geen steunpunten te kort, omdat ze normaal gesproken over zand lopen - totdat ze naar ons lab komen, waar ze een probleem hebben met dit soort gaas, omdat ze geen stekels hebben. Bij krabben ontbreken die stekels, dus hebben ze een probleem op dit soort ruw terrein. Maar daar hebben we iets op gevonden, want we kunnen kunstmatige stekels produceren. We kunnen stekels maken die zich op gesimuleerd puin vastzetten en inklappen bij verwijdering om ze er gemakkelijk uit te trekken. We deden dat door krabben te voorzien van deze kunstmatige stekels, zoals je hier ziet, en dan gingen we ze testen. Hebben we dat principe van tuning echt begrepen? Het antwoord is: ja! Dit is 20 keer vertraagd, en de krab zoeft gewoon over dat gesimuleerde puin. (Gelach) (Applaus) Een beetje beter dan de natuur.
So to our blueprint, we need to add tuned spines. Now will this help us think about the design of more effective climbing robots? Well, here's RHex: RHex has trouble on rails -- on smooth rails, as you see here. So why not add a spine? My colleagues did this at U. Penn. Dan Koditschek put some steel nails -- very simple version -- on the robot, and here's RHex, now, going over those steel -- those rails. No problem! How does it do it? Let's slow it down and you can see the spines in action. Watch the leg come around, and you'll see it grab on right there. It couldn't do that before; it would just slip and get stuck and tip over. And watch again, right there -- successful.
Dus moeten we aan onze blauwdruk afgestemde stekels toevoegen. Helpt ons dat nu bij het ontwerpen van effectievere klimmende robots? Nou, hier is RHex - RHex heeft moeite op rails - op gladde rails, zoals je hier ziet. Waarom zouden we hem geen stekels geven? Mijn collega's bij U Penn deden dit. Zeer eenvoudige versie - - Dan Koditschek plaatste enkele stalen nagels op de robot - en hier is RHex, die nu over die stalen rails loopt. Geen probleem! Hoe doet hij dat? Laten we het vertragen zodat jullie de stekels in actie zien. Zie de poot ronddraaien, en je zult hem hier zien aangrijpen. Daarvoor ging dat niet, hij slipte alleen maar, kwam vast te zitten en viel omver. Weer kijken, daar - succesvol.
Now just because we have a distributed foot and spines doesn't mean you can climb vertical surfaces. This is really, really difficult. But look at this animal do it! One of the ones I'm passing around is climbing up this vertical surface that's a smooth metal plate. It's extraordinary how fast it can do it -- but if you slow it down, you see something that's quite extraordinary. It's a secret. The animal effectively climbs by slipping and look -- and doing, actually, terribly, with respect to grabbing on the surface. It looks, in fact, like it's swimming up the surface. We can actually model that behavior better as a fluid, if you look at it. The distributed foot, actually, is working more like a paddle.
Maar een verdeelde voet en stekels alleen zijn niet voldoende om verticale oppervlakken te beklimmen. Dit is echt, echt moeilijk. Maar kijk dit dier dat eens doen! Een van degene die ik rond laat gaan, klimt op dit verticaal oppervlak, een gladde metalen plaat. Het is buitengewoon hoe snel het dat kan doen - maar als je het vertraagt, zie je iets heel bijzonders. Het is een geheim. Het dier klimt effectief door uitglijden en kijk - het doet dat, eigenlijk buitengewoon, door het oppervlak te 'grijpen'. Het lijkt of het zwemt over het oppervlak. We kunnen dat gedrag beter als een vloeistof modelleren, als je ernaar kijkt. De verdeelde voet werkt hier meer als een peddel.
The same is true when we looked at this lizard running on fluidized sand. Watch its feet. It's actually functioning as a paddle even though it's interacting with a surface that we normally think of as a solid. This is not different from what my former undergraduate discovered when she figured out how lizards can run on water itself. Can you use this to make a better robot? Martin Buehler did -- who's now at Boston Dynamics -- he took this idea and made RHex to be Aqua RHex. So here's RHex with paddles, now converted into an incredibly maneuverable swimming robot.
Hetzelfde geldt wanneer we keken naar deze hagedis die over gefluïdiseerd zand loopt. Bekijk z'n voeten. Ze functioneren eigenlijk als een peddel zelfs al is het in interactie met een oppervlak dat we normaal beschouwen als een vaste stof. Dit is niets anders dan wat mijn voormalige studente ontdekte toen ze erachter kwam hoe hagedissen op water zelf kunnen lopen. Kan je dit gebruiken om een betere robot maken? Martin Buehler heeft dat gedaan- die is nu bij Boston Dynamics - hij vertrok van dit idee en maakte van RHex Aqua RHex. Dus hier is RHex met peddels, nu omgezet in een ongelooflijk wendbare zwemmende robot.
For rough surfaces, though, animals add claws. And you probably feel them if you grabbed it. Did you touch it?
Voor ruwe oppervlakken gebruiken dieren evenwel klauwen. Je hebt ze waarschijnlijk gevoeld toen je ze beetpakte. Heb je ze aangeraakt?
CA: I did.
CA: Ja.
RF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws. Mark Cutkosky at Stanford University, one of my collaborators, is an extraordinary engineer who developed this technique called Shape Deposition Manufacturing, where he can imbed claws right into an artificial foot. And here's the simple version of a foot for a new robot that I'll show you in a bit. So to our blueprint, let's attach claws. Now if we look at animals, though, to be really maneuverable in all surfaces, the animals use hybrid mechanisms that include claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary adhesion and a whole bunch of other things. These are all from different insects. There's an ant crawling up a vertical surface. Let's look at that ant.
RF: Ze kunnen zich met deze klauwen heel goed vasthouden op oppervlakken. Mark Cutkosky van Stanford University, een van mijn medewerkers, is een buitengewone ingenieur die de techniek van 'productie door afzetting van vormen' ontwikkelde, waarmee hij klauwen aan een kunstmatige voet kan verankeren. En hier is de eenvoudige versie van een voet voor een nieuwe robot die ik jullie dadelijk zal laten zien. Dus voegen we aan onze blauwdruk ook nog klauwen toe. Maar om echt wendbaar te zijn op alle oppervlakken, maken de dieren gebruik van hybride mechanismen waaronder klauwen, stekels, haren, kussens, lijm, capillaire hechting en een nog hele hoop andere dingen. Die komen allemaal van verschillende insecten. Hier een mier die over verticaal oppervlak kruipt. Laten we eens kijken naar die mier.
This is the foot of an ant. You see the hairs and the claws and this thing here. This is when its foot's in the air. Watch what happens when the foot goes onto your sandwich. You see what happens? That pad comes out. And that's where the glue is. Here from underneath is an ant foot, and when the claws don't dig in, that pad automatically comes out without the ant doing anything. It just extrudes. And this was a hard shot to get -- I think this is the shot of the ant foot on the superstrings. So it's pretty tough to do. This is what it looks like close up -- here's the ant foot, and there's the glue.
Dit is de voet van een mier. Je ziet de haren en de scharen en dit ding hier. Dit is wanneer de voet opgeheven is. Kijk wat er gebeurt als de voet op je boterham terechtkomt. Zie je wat er gebeurt? Dat kussen komt tevoorschijn. Daar zit de lijm. Hier onderaan is een mierenvoet, en wanneer de klauwen zich niet ingraven, komt dat kussen automatisch naar buiten zonder dat de mier iets hoeft te doen. Het extrudeert gewoon. Deze foto was moeilijk te maken - ik denk dat dit een foto is van de mierenvoet op supersnaren. Vrij moeilijk om te doen. Zo ziet het er uit van dichtbij - Hier is de mierenvoet en daar de lijm.
And we discovered this glue may be an interesting two-phase mixture. It certainly helps it to hold on. So to our blueprint, we stick on some sticky pads. Now you might think for smooth surfaces we get inspiration here. Now we have something better here. The gecko's a really great example of nanotechnology in nature. These are its feet. They're -- almost look alien. And the secret, which they stick on with, involves their hairy toes. They can run up a surface at a meter per second, take 30 steps in that one second -- you can hardly see them. If we slow it down, they attach their feet at eight milliseconds, and detach them in 16 milliseconds. And when you watch how they detach it, it is bizarre. They peel away from the surface like you'd peel away a piece of tape. Very strange. How do they stick?
We ontdekten dat deze lijm een interessant tweefasenmengsel kan worden. Het helpt ze zeker om zich vast te houden. Dus voegen we op onze blauwdruk een aantal kleefkussentjes toe. Jullie zouden kunnen denken dat we voor gladde oppervlakken hier inspiratie van krijgen. Maar hier hebben we iets beters. Gekko’s zijn een heel mooi voorbeeld van nanotechnologie in de natuur. Dit zijn zijn voeten. Ze lijken bijna buitenaards. Het geheim waardoor ze blijven kleven, zijn hun behaarde tenen. Ze kunnen tegen een meter per seconde tegen een oppervlak oplopen. Ze nemen 30 stappen in die ene seconde - je kunt het bijna niet zien. Als we het vertragen, zien we dat het vasthechten acht milliseconden en het lossen 16 milliseconden duurt. Raar hoe ze ze losmaken. Ze pellen ze af van het oppervlak zoals je een stukje tape zou afpellen. Heel vreemd. Hoe blijven ze kleven?
If you look at their feet, they have leaf-like structures called linalae with millions of hairs. And each hair has the worst case of split ends possible. It has a hundred to a thousand split ends, and that's the secret, because it allows intimate contact. The gecko has a billion of these 200-nanometer-sized split ends. And they don't stick by glue, or they don't work like Velcro, or they don't work with suction. We discovered they work by intermolecular forces alone. So to our blueprint, we split some hairs. This has inspired the design of the first self-cleaning dry adhesive -- the patent issued, we're happy to say. And here's the simplest version in nature, and here's my collaborator Ron Fearing's attempt at an artificial version of this dry adhesive made from polyurethane. And here's the first attempt to have it work on some load.
Op hun voeten hebben ze bladachtige structuren, linalae genaamd, met miljoenen haartjes. Elk haar heeft het ergst mogelijke geval van gespleten eindjes. Het heeft een honderd tot duizend gespleten haarpunten, en dat is het geheim, omdat het een innig contact mogelijk maakt. De gekko heeft een miljard van deze gespleten haarpunten van 200 nanometer. Ze kleven niet door lijm, ze niet werken zoals klittenband, ze werken niet door zuiging. We ontdekten dat ze louter door intermoleculaire krachten werken. Dus ook enkele gesplitste haren op onze blauwdruk,. Dit leidde tot het ontwerp van de eerste zelfreinigende droge lijm. We zijn blij te kunnen zeggen dat het octrooi is verleend. Hier de eenvoudigste versie ervan in de natuur, en hier is het probeersel van mijn medewerker Ron Fearing van een kunstmatige versie van deze lijm, gemaakt van polyurethaan. Hier de eerste poging om het te laten werken onder enige belasting.
There's enormous interest in this in a variety of different fields. You could think of a thousand possible uses, I'm sure. Lots of people have, and we're excited about realizing this as a product. We have imagined products; for example, this one: we imagined a bio-inspired Band-Aid, where we took the glue off the Band-Aid. We took some hairs from a molting gecko; put three rolls of them on here, and then made this Band-Aid.
Er bestaat hiervoor een enorme belangstelling op allerlei gebied. Je zou zeker duizend mogelijke toepassingen kunnen bedenken. Veel mensen hebben dat gedaan, en we zijn enthousiast over het realiseren hiervan als een product. We hebben producten voorgesteld, bijvoorbeeld dit: we stelden ons een bio-geïnspireerd kleefverband voor, maar zonder lijm dan. We namen wat haren van een vervellende gekko, zetten er drie lagen van hierop en maakten zo dit kleefverband.
This is an undergraduate volunteer -- we have 30,000 undergraduates so we can choose among them -- that's actually just a red pen mark. But it makes an incredible Band-Aid. It's aerated, it can be peeled off easily, it doesn't cause any irritation, it works underwater. I think this is an extraordinary example of how curiosity-based research -- we just wondered how they climbed up something -- can lead to things that you could never imagine. It's just an example of why we need to support curiosity-based research. Here you are, pulling off the Band-Aid.
Dit is een student-vrijwilliger - we hebben 30.000 studenten, zodat we een ruime keuze hebben. De 'wonde' is eigenlijk alleen maar een markering met rode pen. Maar het werd een ongelooflijk kleefverband. Het is luchtdoorlatend, kan gemakkelijk worden afgepeld, veroorzaakt geen irritatie en houdt onder water. Ik denk dat dit een buitengewoon voorbeeld is van hoe op nieuwsgierigheid gebaseerd onderzoek - we vroegen ons af hoe ze ergens op klommen - kan leiden tot dingen die je nooit zou kunnen bedenken. Het is gewoon een voorbeeld van waarom we onderzoek op basis van nieuwsgierigheid moeten ondersteunen. Hier zie je het aftrekken van het kleefverband.
So we've redefined, now, what a foot is. The question is, can we use these secrets, then, to inspire the design of a better foot, better than one that we see in nature? Here's the new project: we're trying to create the first climbing search-and-rescue robot -- no suction or magnets -- that can only move on limited kinds of surfaces. I call the new robot RiSE, for "Robot in Scansorial Environment" -- that's a climbing environment -- and we have an extraordinary team of biologists and engineers creating this robot. And here is RiSE. It's six-legged and has a tail. Here it is on a fence and a tree. And here are RiSE's first steps on an incline. You have the audio? You can hear it go up. And here it is coming up at you, in its first steps up a wall. Now it's only using its simplest feet here, so this is very new. But we think we got the dynamics right of the robot.
We hebben de voet opnieuw gedefinieerd. Kan dit ons nu inspireren tot het ontwerp van een betere voet, beter dan wat we zien in de natuur? Hier is het nieuwe project: we proberen om de eerste klimmende zoek-en-redrobot te creëren. Niet door zuiging of magneten: die kunnen alleen bewegen op een beperkt aantal soorten ondergrond. Ik noem de nieuwe robot RiSE, voor ”Robot in Scansorial Environment" - dat wil zeggen een klim-omgeving. Een buitengewoon team van biologen en ingenieurs houdt zich bezig met het creëren van deze robot. Hier is RiSE. Hij heeft zes poten en een staart. Hier op een hek en een boom. Hier RiSE's eerste stappen op een helling. Je hebt audio? Je kunt hem horen omhooggaan. Hier komt hij naar je toe, zijn eerste stappen op een muur. Hij gebruikt alleen maar zijn eenvoudigste voeten, dit is dus heel nieuw. Maar we denken dat we een juiste kijk hebben op de dynamica van de robot.
Mark Cutkosky, though, is taking it a step further. He's the one able to build this shape-deposition manufactured feet and toes. The next step is to make compliant toes, and try to add spines and claws and set it for dry adhesives. So the idea is to first get the toes and a foot right, attempt to make that climb, and ultimately put it on the robot. And that's exactly what he's done. He's built, in fact, a climbing foot-bot inspired by nature.
Mark Cutkosky gaat echter nog een stap verder. Hij is degene die de door vormafzetting vervaardigde voeten en tenen wist te bouwen. De volgende stap is om meegevende tenen te maken, te proberen om stekels en klauwen toe te voegen en droge lijmen toe te passen. Het idee is om eerst de tenen en een voet in orde te krijgen, die te laten klimmen, en ze uiteindelijk op de robot te monteren. En dat is precies wat hij heeft gedaan. Hij heeft in feite een klimmende ‘voet-bot’ gebouwd, geïnspireerd op de natuur.
And here's Cutkosky's and his amazing students' design. So these are tuned toes -- there are six of them, and they use the principles that I just talked about collectively for the blueprint. So this is not using any suction, any glue, and it will ultimately, when it's attached to the robot -- it's as biologically inspired as the animal -- hopefully be able to climb any kind of a surface. Here you see it, next, going up the side of a building at Stanford. It's sped up -- again, it's a foot climbing. It's not the whole robot yet, we're working on it -- now you can see how it's attaching. These tuned structures allow the spines, friction pads and ultimately the adhesive hairs to grab onto very challenging, difficult surfaces. And so they were able to get this thing -- this is now sped up 20 times -- can you imagine it trying to go up and rescue somebody at that upper floor? OK? You can visualize this now; it's not impossible. It's a very challenging task. But more to come later.
Hier is het ontwerp van Cutkosky en zijn verbluffende leerlingen. Dit zijn afgestemde tenen - er zijn er zes, en ze gebruiken de principes waar ik zojuist over heb gesproken voor de blauwdruk. Dit werkt niet door zuiging of lijm, en het zal uiteindelijk, als het op de robot zal gemonteerd zijn- net zo biologisch geïnspireerd zijn als het dier. En hopelijk in staat om elk soort oppervlak te beklimmen. Hier zie je hem omhoogklimmen tegen de zijkant van een gebouw in Stanford. Het is versneld - nogmaals, het is alleen maar een klimmende voet. Het is de hele robot nog niet, we werken eraan - nu kunnen jullie zien hoe hij aanklampt. Deze afgestemde structuren maken het mogelijk dat de stekels, de wrijvingskussentjes en uiteindelijk de klevende haren aan zeer moeilijke oppervlakken kunnen aanhechten. Zo konden we dit ding maken - dit is nu 20 keer versneld - Kun je je voorstellen dat dit ding omhoog probeert te gaan om iemand te redden op de bovenste verdieping? Oké? Je kunt je dit nu voorstellen, het is niet meer onmogelijk. Het is een zeer uitdagende taak. Maar later meer hierover.
To finish: we've gotten design secrets from nature by looking at how feet are built. We've learned we should distribute control to smart parts. Don't put it all in the brain, but put some of the control in tuned feet, legs and even body. That nature uses hybrid solutions, not a single solution, to these problems, and they're integrated and beautifully robust. And third, we believe strongly that we do not want to mimic nature but instead be inspired by biology, and use these novel principles with the best engineering solutions that are out there to make -- potentially -- something better than nature.
Om te eindigen: we hebben de natuur ontwerpgeheimen ontfutseld door te kijken hoe voeten in elkaar zitten. We hebben geleerd controle te distribueren naar slimme onderdelen. Laat niet alles aan de hersenen over, maar plaats een deel van de controle in afgestemde voeten, poten en zelfs het lichaam. Dat de natuur gebruik maakt van hybride oplossingen, niet van één enkele oplossing, voor deze problemen, dat ze zijn geïntegreerd zijn en stevig in elkaar zitten. Ten derde, geloven wij sterk dat we de natuur niet willen nabootsen, maar in plaats daarvan geïnspireerd worden door de biologie. We willen deze nieuwe principes toepassen met de beste technische oplossingen die er zijn om - eventueel - iets beters dan de natuur te maken.
So there's a clear message: whether you care about a fundamental, basic research of really interesting, bizarre, wonderful animals, or you want to build a search-and-rescue robot that can help you in an earthquake, or to save someone in a fire, or you care about medicine, we must preserve nature's designs. Otherwise these secrets will be lost forever. Thank you.
Dus er is een duidelijke boodschap: of je nu inzit met fundamenteel onderzoek van echt interessante, bizarre, wonderlijke dieren, of dat je een zoek-en-redrobot wil bouwen die je kan helpen bij een aardbeving, of om iemand uit een brand te redden, of dat je geeft om geneeskunde: we moeten de ontwerpen van de natuur behouden. Anders zullen deze geheimen voor altijd verloren gaan. Dank u.