ABOUT THE SPEAKER
Robert Full - Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering.

Why you should listen

UC Berkeley biologist Robert Full is fascinated by the motion of creatures like cockroaches, crabs and geckos having many legs, unusual feet or talented tails. He has led an effort to demonstrate the value of learning from Nature by the creating interdisciplinary collaborations of biologists, engineers, mathematicians and computer scientists from academia and industry. He founded CiBER, the Center for interdisciplinary Bio-inspiration in Education and Research, and the Poly-PEDAL Laboratory, which studies the Performance, Energetics and Dynamics of Animal Locomotion (PEDAL) in many-footed creatures (Poly).

His research shows how studying a diversity of animals leads to the discovery of general principles which inspire the design of novel circuits, artificial muscles, exoskeletons, versatile scampering legged search-and-rescue robots and synthetic self-cleaning dry adhesives based on gecko feet. He is passionate about discovery-based education leading to innovation -- and he even helped Pixar’s insect animations in the film A Bug's Life.

More profile about the speaker
Robert Full | Speaker | TED.com
TED2005

Robert Full: The sticky wonder of gecko feet

羅伯特•福爾: 動物的移動

Filmed:
890,074 views

生物學家羅伯特•福爾分享了一些有趣小動物的慢速移動的錄像。近距離觀察蟑螂多刺的腿,這些帶有很多剛毛的腿可以幫助他們穿過網狀表面。還可以觀察到幫助壁虎垂直爬牆那由納米剛毛包裹的腳。
- Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio

Double-click the English transcript below to play the video.

00:12
I want you to imagine想像 that you're a student學生 in my lab實驗室.
0
0
5000
我想讓你想像一下,你是我實驗室裡的一個學生。
00:17
What I want you to do is to create創建 a biologically生物 inspired啟發 design設計.
1
5000
4000
我想讓你做的是提出一個由生物激發的設計。
00:21
And so here's這裡的 the challenge挑戰:
2
9000
2000
挑戰是這樣的:
00:23
I want you to help me create創建 a fully充分 3D, dynamic動態, parameterized參數 contact聯繫 model模型.
3
11000
6000
我想讓你幫我製造出一個全部是三維,動態,參數化的接觸模型。
00:29
The translation翻譯 of that is, could you help me build建立 a foot腳丫子?
4
17000
4000
解釋一下,就是能不能幫我造一隻腳?
00:33
And it is a true真正 challenge挑戰, and I do want you to help me.
5
21000
2000
這件事真的頗具挑戰性,我確實需要你來幫我。
00:35
Of course課程, in the challenge挑戰 there is a prize.
6
23000
2000
當然,這一挑戰是有獎勵的。
00:37
It's not quite相當 the TEDTED Prize, but it is an exclusive獨家 t-shirtT恤衫 from our lab實驗室.
7
25000
7000
不能算是TED的獎品,而是我們實驗室提供的特別版T卹。
00:44
So please send發送 me your ideas思路 about how to design設計 a foot腳丫子.
8
32000
6000
因此,請將你們就如何設計一隻腳的想法發給我。
00:50
Now if we want to design設計 a foot腳丫子, what do we have to do?
9
38000
4000
如果我們想設計一隻腳,我們必須要做哪些呢?
00:54
We have to first know what a foot腳丫子 is.
10
42000
3000
首先我們要知道腳是什麼。
00:57
If we go to the dictionary字典, it says, "It's the lower降低 extremity末端 of a leg
11
45000
3000
如果去查看字典,字典上解釋說:“腳是腿的最末端
01:00
that is in direct直接 contact聯繫 with the ground地面 in standing常設 or walking步行"
12
48000
2000
在站立或行走時直接接觸地面的部位。”
01:02
That's the traditional傳統 definition定義.
13
50000
1000
這是傳統的定義。
01:03
But if you wanted to really do research研究, what do you have to do?
14
51000
3000
但如果你真的想要做研究,要做哪些呢?
01:06
You have to go to the literature文學 and look up what's known已知 about feet.
15
54000
3000
你要去查閱文獻,看關於腳人們都知道了些哪些。
01:09
So you go to the literature文學. (Laughter笑聲)
16
57000
2000
所以你去查閱文獻。(大笑)
01:12
Maybe you're familiar with this literature文學.
17
60000
2000
也許你很熟悉這些文獻。
01:14
The problem問題 is, there are many許多, many許多 feet.
18
62000
3000
問題是,這裡有很多很多只腳。
01:17
How do you do this?
19
65000
1000
該怎麼辦呢?
01:18
You need to survey調查 all feet and extract提取 the principles原則 of how they work.
20
66000
5000
你需要研究所有的腳,並提煉出這些腳是如何工作的原理。
01:23
And I want you to help me do that in this next下一個 clip.
21
71000
2000
在下一張圖上,我想讓你來幫我做這件事。
01:25
As you see this clip, look for principles原則,
22
73000
3000
當你看這張圖時,注意尋找原理。
01:28
and also think about experiments實驗 that you might威力 design設計
23
76000
3000
並且想一下你可能會設計的實驗
01:31
in order訂購 to understand理解 how a foot腳丫子 works作品.
24
79000
4000
為了弄明白腳是如何工作的。
01:44
See any common共同 themes主題? Principles原則?
25
92000
2000
看到有什麼共同點了嗎?共同的原理?
01:46
What would you do?
26
94000
3000
你要怎麼做?
01:59
What experiments實驗 would you run?
27
107000
2000
要進行什麼樣的實驗?
03:31
Wow. (Applause掌聲)
28
199000
6000
哇。(鼓掌)
03:37
Our research研究 on the biomechanics生物力學 of animal動物 locomotion運動
29
205000
3000
我們關於動物運動的生物力學研究
03:40
has allowed允許 us to make a blueprint藍圖 for a foot腳丫子.
30
208000
2000
讓我們繪製一隻腳的藍圖。
03:42
It's a design設計 inspired啟發 by nature性質, but it's not a copy複製 of any specific具體 foot腳丫子 you just looked看著 at,
31
210000
6000
這是一個由自然啟發的設計,但不是複製你剛才看到的某只特定的腳,
03:48
but it's a synthesis合成 of the secrets秘密 of many許多, many許多 feet.
32
216000
4000
而是綜合了許多許多只腳的秘密。
03:52
Now it turns out that animals動物 can go anywhere隨地.
33
220000
3000
事實是動物哪兒都能去。
03:55
They can locomotelocomote on substrates基板 that vary變化 as you saw --
34
223000
2000
它們能在各種不同的表面上移動——
03:57
in the probability可能性 of contact聯繫, the movement運動 of that surface表面
35
225000
4000
這些變化因素包括接觸形勢,表面的運動
04:01
and the type類型 of footholds立足點 that are present當下.
36
229000
3000
以及它們所呈現的不同的立足點。
04:04
If you want to study研究 how a foot腳丫子 works作品,
37
232000
2000
如果你想要研究腳是如何工作的
04:06
we're going to have to simulate模擬 those surfaces, or simulate模擬 that debris廢墟.
38
234000
4000
我們就需要模擬這些表面,或那些碎片。
04:10
When we did that, here's這裡的 a new experiment實驗 that we did:
39
238000
5000
當我們進行模擬時,這裡是我們做的一個新實驗:
04:15
we put an animal動物 and had it run -- this grass spider蜘蛛 --
40
243000
2000
我們將一隻動物放上去然後讓它跑——這是一隻草蛛——
04:17
on a surface表面 with 99 percent百分 of the contact聯繫 area removed去除.
41
245000
3000
被放在一個99%的接觸區域都已經被移走的表面上。
04:20
But it didn't even slow down the animal動物.
42
248000
2000
但它甚至沒有减慢動物的移動。
04:22
It's still running賽跑 at the human人的 equivalent當量 of 300 miles英里 per hour小時.
43
250000
3000
草蛛仍以相當於人類300英里/小時的速度移動著。
04:25
Now how could it do that? Well, look more carefully小心.
44
253000
3000
它是怎麼辦到的?好的,仔細看。
04:28
When we slow it down 50 times we see how the leg is hitting that simulated模擬 debris廢墟.
45
256000
6000
當我們將其速度减少50倍,就可以看到腿是如何接觸那些模擬碎片的。
04:34
The leg is acting演戲 as a foot腳丫子.
46
262000
2000
腿發揮了腳的功能。
04:36
And in fact事實, the animal動物 contacts往來 other parts部分 of its leg
47
264000
3000
事實上,動物用腿的其他部位接觸表面
04:39
more frequently經常 than the traditionally傳統 defined定義 foot腳丫子.
48
267000
3000
比用傳統定義界定的足頻繁得多。
04:42
The foot腳丫子 is distributed分散式 along沿 the whole整個 leg.
49
270000
4000
沿著整條腿分佈的都是腳。
04:46
You can do another另一個 experiment實驗 where you can take a cockroach蟑螂 with a foot腳丫子,
50
274000
4000
你可以做另一個實驗,用一隻腳的蟑螂,
04:50
and you can remove去掉 its foot腳丫子.
51
278000
2000
然後把它所有的腳都去掉。
04:52
I'm passing通過 some cockroaches蟑螂 around. Take a look at their feet.
52
280000
4000
我在分發一些蟑螂。來看看他們的腳是什麼樣子的。
04:56
Without沒有 a foot腳丫子, here's這裡的 what it does. It doesn't even slow down.
53
284000
4000
沒有了腳,看他們怎麼走。它甚至都沒有慢下來。
05:00
It can run the same相同 speed速度 without even that segment分割.
54
288000
3000
沒有腳它們仍可以以同樣的速度移動。
05:03
No problem問題 for the cockroach蟑螂 -- they can grow增長 them back, if you care關心.
55
291000
3000
蟑螂不會出現任何問題——它們還能把腳長回來,如果你在意。
05:06
How do they do it?
56
294000
2000
它們是怎麼做到的?
05:08
Look carefully小心: this is slowed放緩 down 100 times,
57
296000
3000
仔細看:這是放慢100倍後,
05:11
and watch what it's doing with the rest休息 of its leg.
58
299000
3000
觀察他們在用腿的其餘部分做什麼。
05:14
It's acting演戲, again, as a distributed分散式 foot腳丫子 --
59
302000
3000
又一次,腿作為被廣泛分佈的足了。
05:17
very effective有效.
60
305000
2000
非常有效。
05:19
Now, the question we had is, how general一般 is a distributed分散式 foot腳丫子?
61
307000
5000
現在問題是,到底有多少動物有類似的分佈足?
05:24
And the next下一個 behavior行為 I'll show顯示 you of this animal動物 just stunned目瞪口呆 us the first time that we saw it.
62
312000
9000
下面將要為你們展示的這個動物,我們第一次看時就感到很震驚。
05:33
Journalists記者, this is off the record記錄; it's embargoed禁運.
63
321000
5000
記者們,這可是沒人報導過的,被禁止的——
05:38
Take a look at what that is!
64
326000
2000
看那是什麼!
05:40
That's a bipedal雙足 octopus章魚 that's disguised偽裝 as a rolling壓延 coconut椰子.
65
328000
7000
這個兩足的章魚佯裝成一個可以滾動的椰子。
05:47
It was discovered發現 by Christina克里斯蒂娜 HuffardHuffard
66
335000
4000
是克里斯蒂娜•胡法德發現了它
05:51
and filmed拍攝 by Sea Studios工作室, right here from Monterey蒙特雷.
67
339000
3000
這影片由海洋工作室(海工作室),就在蒙特瑞拍攝的。
05:56
We've我們已經 also described描述 another另一個 species種類 of bipedal雙足 octopus章魚.
68
344000
5000
我們也描述了另一種雙足章魚。
06:01
This one disguises偽裝 itself本身 as floating漂浮的 algae藻類.
69
349000
3000
這一只將自己偽裝成浮動的海藻。
06:04
It walks散步 on two legs and it holds持有 the other arms武器 up in the air空氣 so that it can't be seen看到.
70
352000
5000
它用兩條腿走路然後將兩隻胳膊高舉在空中,以保證不讓其他生物看見。
06:09
(Applause掌聲)
71
357000
1000
(鼓掌)
06:10
And look what it does with its foot腳丫子 to get over challenging具有挑戰性的 terrain地形.
72
358000
8000
注意看,當他們要通過崎嶇不平的地面時是如何使用腳的。
06:18
It uses使用 that beautiful美麗 distributed分散式 foot腳丫子 to make it as if those obstacles障礙 are not even there --
73
366000
11000
它用它們那美麗均勻分佈的足,使得這些障礙好似不存在一般。
06:29
truly extraordinary非凡.
74
377000
2000
真的很特別。
06:33
In 1951, Escher埃舍爾 made製作 this drawing畫畫. He thought he created創建 an animal動物 fantasy幻想.
75
381000
4000
在1951年,埃舍爾畫了這幅畫。他覺得自己創造出了一個動物神話。
06:38
But we know that art藝術 imitates模仿 life,
76
386000
2000
但是我們知道藝術模仿生命,
06:40
and it turns out nature性質, three million百萬 years年份 ago, evolved進化 the next下一個 animal動物.
77
388000
3000
事實就是300萬年前,自然進化出下一個動物。
06:43
It's a shrimp-like像蝦一樣 animal動物 called the stomatopodstomatopod,
78
391000
2000
這個像小蝦的動物被稱為口腳類動物,
06:45
and here's這裡的 how it moves移動 on the beaches海灘 of Panama巴拿馬:
79
393000
4000
這裡是它如何在巴拿馬的海灘上移動的:
06:49
it actually其實 rolls勞斯萊斯, and it can even roll uphill上坡.
80
397000
4000
它其實在滾動,而且它甚至還能向上滾。
06:53
It's the ultimate最終 distributed分散式 foot腳丫子: its whole整個 body身體 in this case案件 is acting演戲 like its foot腳丫子.
81
401000
8000
這最終是因為均勻分佈的足,在這種情況下,它的整個身子都扮演著腳的角色。
07:03
So, if we want to then, to our blueprint藍圖, add the first important重要 feature特徵,
82
411000
5000
因此我們為我們的藍圖上加上第一個重要的特徵,
07:08
we want to add distributed分散式 foot腳丫子 contact聯繫.
83
416000
2000
我們想加上均勻分佈的足的接觸面。
07:10
Not just with the traditional傳統 foot腳丫子, but also the leg,
84
418000
3000
不僅是加在傳統的足部部位,也加在腿上。
07:13
and even of the body身體.
85
421000
1000
而且甚至是在身上。
07:14
Can this help us inspire啟發 the design設計 of novel小說 robots機器人?
86
422000
4000
這能有助於我們設計出新的機器人嗎?
07:18
We biologically生物 inspired啟發 this robot機器人, named命名 RHexRHex,
87
426000
3000
我們受到生物的啟示所創造的機器人,叫做RHex,
07:21
built內置 by these extraordinary非凡 engineers工程師 over the last few少數 years年份.
88
429000
4000
它是由這些卓越的工程師在過去幾年間製造出來的。
07:25
RHex'sRHex的 foot腳丫子 started開始 off to be quite相當 simple簡單,
89
433000
3000
RHex的腳一開始時非常簡單,
07:28
then it got tuned調整 over time, and ultimately最終 resulted導致 in this half circle.
90
436000
5000
但是它總是隨時間而改變,最後變成了這樣的半圓形。
07:33
Why is that? The video視頻 will show顯示 you.
91
441000
2000
為什麼呢?接下來的錄像將告訴你答案。
07:35
Watch where the robot機器人, now, contacts往來 its leg in order訂購 to deal合同 with this very difficult terrain地形.
92
443000
7000
看這個機器人,現在,看它用腿的什麼部位接觸這些有障礙的地表,試圖翻越過去。
07:42
What you'll你會 see, in fact事實, is that it's using運用 that half circle leg as a distributed分散式 foot腳丫子.
93
450000
6000
你會看到,事實上,它用這半圓形的腳當做均勻分佈的足了。
07:48
Watch it go over this.
94
456000
2000
看它翻越這裡。
07:50
You can see it here well on this debris廢墟.
95
458000
2000
你可以從這裡看它穿過這些碎片。
07:53
Extraordinary非凡. No sensing傳感, all the control控制 is built內置 right into the tuned調整 legs.
96
461000
6000
非常棒。沒有傳感裝置,所有的控制組件都裝在這個諧調的腿中了。
07:59
Really simple簡單, but beautiful美麗.
97
467000
2000
很簡單,但非常棒。
08:01
Now, you might威力 have noticed注意到 something else其他 about the animals動物
98
469000
3000
現在,你可能已經注意到了這些動物的其他方面
08:04
when they were running賽跑 over the rough terrain地形.
99
472000
2000
當它們跑過崎嶇不平的地表面時。
08:06
And my assistant's助手 going to help me here.
100
474000
2000
我的助手在這要幫我一下。
08:08
When you touched感動 the cockroach蟑螂 leg -- can you get the microphone麥克風 for him?
101
476000
4000
當你摸蟑螂的腿時——你能幫我把話筒遞給他嗎?
08:12
When you touched感動 the cockroach蟑螂 leg, what did it feel like?
102
480000
3000
當你摸蟑螂的腿時,有什麼感覺?
08:15
Did you notice注意 something?
103
483000
2000
感覺到什麼不同了嗎?
08:17
Boy男孩: Spiny.
104
485000
1000
男孩:很多刺。
08:18
Robert羅伯特 Full充分: It's spiny多刺, right? It's really spiny多刺, isn't it? It sort分類 of hurts傷害.
105
486000
4000
羅伯特•福爾:很多刺,是嗎?感覺很扎,對不對?有點傷手。
08:22
Maybe we could give it to our curator館長 and see if he'd他會 be brave勇敢 enough足夠 to touch觸摸 the cockroach蟑螂.
106
490000
6000
也許我們應該把蟑螂給監護人,看他有沒有勇氣也摸一摸。
08:28
(Laughter笑聲)
107
496000
1000
(笑)
08:29
Chris克里斯 Anderson安德森: Did you touch觸摸 it?
108
497000
1000
克里斯•安德森:你摸過嗎?
08:30
RFRF: So if you look carefully小心 at this, what you see is that they have spines
109
498000
3000
羅伯特•福爾:所以當你很仔細的觀察,會發現上面真的有很多剛毛。
08:33
and until直到 a few少數 weeks ago, no one knew知道 what they did.
110
501000
3000
直到幾週前,一直也沒人知道這些刺是用來做什麼的。
08:36
They assumed假定 that they were for protection保護 and for sensory感覺的 structures結構.
111
504000
3000
他們推測那些刺起到保護以及用來感知周圍結構用的。
08:39
We found發現 that they're for something else其他 -- here's這裡的 a segment分割 of that spine脊柱.
112
507000
4000
後來我們發現它們有別的功效——這裡是剛毛的一部分
08:43
They're tuned調整 such這樣 that they easily容易 collapse坍方 in one direction方向
113
511000
3000
它們的構造使得它們都很容易向一個方向傾斜
08:46
to pull the leg out from debris廢墟,
114
514000
2000
把一條腿從碎片中拔出,
08:48
but they're stiff僵硬 in the other direction方向 so they capture捕獲 disparities差距 in the surface表面.
115
516000
6000
這些毛很硬,不會彎向另一個方向,因此可以對付不同的表面。
08:54
Now crabs螃蟹 don't miss小姐 footholds立足點, because they normally一般 move移動 on sand --
116
522000
3000
螃蟹不需要尋找立足點,因為他們通常在沙子上行走——
08:57
until直到 they come to our lab實驗室.
117
525000
1000
直到他們來到我們的實驗室。
08:59
And where they have a problem問題 with this kind of mesh網孔,
118
527000
3000
然後他們在這些網子上移動會遇到問題,
09:02
because they don't have spines.
119
530000
2000
因為他們沒有剛毛。
09:05
The crabs螃蟹 are missing失踪 spines, so they have a problem問題 in this kind of rough terrain地形.
120
533000
3000
螃蟹由於沒有剛毛,所以在這些不平整的表面上移動會有問題。
09:08
But of course課程, we can deal合同 with that
121
536000
3000
但當然,我們能幫助它們,
09:11
because we can produce生產 artificial人造 spines.
122
539000
3000
因為我們可以製造人工剛毛。
09:15
We can make spines that catch抓住 on simulated模擬 debris廢墟
123
543000
3000
我們可以製造人工剛毛,他們能夠吸附在模擬碎片上
09:18
and collapse坍方 on removal切除 to easily容易 pull them out.
124
546000
3000
而且在我們不需要它們時還能很容易的拔出。
09:21
We did that by putting these artificial人造 spines on crabs螃蟹,
125
549000
3000
我們把這些人造剛毛裝在螃蟹腿上,
09:24
as you see here, and then we tested測試 them.
126
552000
2000
你看,我們測試一下。
09:26
Do we really understand理解 that principle原理 of tuning調音? The answer回答 is, yes!
127
554000
4000
我們真正明白調諧的原理了嗎?答案是:對!
09:30
This is slowed放緩 down 20-fold-折, and the crab螃蟹 just zooms縮放 across橫過 that simulated模擬 debris廢墟.
128
558000
5000
這是放慢20倍後的,螃蟹飛速的橫穿過這個模擬碎片。
09:35
(Laughter笑聲) (Applause掌聲)
129
563000
2000
(笑聲)(掌聲)
09:37
A little better than nature性質.
130
565000
2000
比自然形成的稍微好一點。
09:40
So to our blueprint藍圖, we need to add tuned調整 spines.
131
568000
3000
所以在我們的藍圖上,要加上具有調諧作用的剛毛 。
09:43
Now will this help us think about the design設計 of more effective有效 climbing攀登 robots機器人?
132
571000
5000
這些可以幫助我們設計出更會爬牆的機器人嗎?
09:48
Well, here's這裡的 RHexRHex: RHexRHex has trouble麻煩 on rails軌道 -- on smooth光滑 rails軌道, as you see here.
133
576000
5000
這是RHex——RHex穿過軌道時遇到了麻煩——在平滑的軌道上,你看。
09:53
So why not add a spine脊柱? My colleagues同事 did this at U. Penn佩恩.
134
581000
4000
為什麼不加一根剛毛呢?我的同事幫他加上了。
09:57
Dan KoditschekKoditschek put some steel nails釘子 -- very simple簡單 version -- on the robot機器人,
135
585000
4000
丹•柯蒂斯將一些鋼釘——非常簡單的型號-裝在機器人上——
10:01
and here's這裡的 RHexRHex, now, going over those steel -- those rails軌道. No problem問題!
136
589000
6000
於是現在的RHex,越過那些鋼製的——軌道。沒有問題!
10:07
How does it do it?
137
595000
1000
它是怎麼做到的?
10:08
Let's slow it down and you can see the spines in action行動.
138
596000
2000
我們放慢速度,你就能看到那些剛毛是如何發揮作用的了。
10:10
Watch the leg come around, and you'll你會 see it grab on right there.
139
598000
3000
看腿移動過來了,你看它剛好能抓穩。
10:13
It couldn't不能 do that before; it would just slip and get stuck卡住 and tip小費 over.
140
601000
3000
以前它是辦不到的,只會打滑,卡住然後翻倒。
10:16
And watch again, right there -- successful成功.
141
604000
4000
現在再看一遍,就這樣——成功。
10:20
Now just because we have a distributed分散式 foot腳丫子 and spines
142
608000
3000
現在只因為裝上均勻分佈的足以及剛毛
10:23
doesn't mean you can climb vertical垂直 surfaces.
143
611000
2000
並不代表可以爬上垂直的表面。
10:26
This is really, really difficult.
144
614000
2000
這個真的非常,非常難。
10:28
But look at this animal動物 do it!
145
616000
2000
但看動物們,它們能辦到!
10:30
One of the ones那些 I'm passing通過 around is climbing攀登 up this vertical垂直 surface表面 that's a smooth光滑 metal金屬 plate盤子.
146
618000
6000
其中有這樣一個動物,它是在光滑的金屬盤子表面垂直向上爬。
10:36
It's extraordinary非凡 how fast快速 it can do it --
147
624000
2000
它們的爬行速度快得驚人——
10:38
but if you slow it down, you see something that's quite相當 extraordinary非凡.
148
626000
4000
看如果放慢速度,你會發現一些很神奇的事。
10:42
It's a secret秘密. The animal動物 effectively有效 climbs攀登 by slipping滑倒 and look --
149
630000
4000
這是個秘密。動物很有效的利用滑動,看-
10:46
and doing, actually其實, terribly可怕, with respect尊重 to grabbing on the surface表面.
150
634000
4000
事實上,糟糕的是,它們在抓取表面。
10:50
It looks容貌, in fact事實, like it's swimming游泳的 up the surface表面.
151
638000
3000
事實上,看上去像從表面上游了上去。
10:53
We can actually其實 model模型 that behavior行為 better as a fluid流體, if you look at it.
152
641000
4000
我們其實可以將這一行為模仿為流動體的,如果你仔細觀察。
10:57
The distributed分散式 foot腳丫子, actually其實, is working加工 more like a paddle.
153
645000
4000
這些分佈式足事實上工作原理更像是槳。
11:01
The same相同 is true真正 when we looked看著 at this lizard蜥蜴 running賽跑 on fluidized流化床 sand.
154
649000
4000
當我觀察蜥蜴在流態化的沙子上移動時,結果相同。
11:05
Watch its feet.
155
653000
2000
看它的腳。
11:07
It's actually其實 functioning功能 as a paddle
156
655000
2000
事實上它起到了槳的作用。
11:09
even though雖然 it's interacting互動 with a surface表面 that we normally一般 think of as a solid固體.
157
657000
6000
即使它接觸的表面通常被我們認為是固體。
11:15
This is not different不同 from what my former前任的 undergraduate大學本科 discovered發現
158
663000
5000
這與我以前的一個大學部學生所發現的沒有什麼不同
11:20
when she figured想通 out how lizards蜥蜴 can run on water itself本身.
159
668000
4000
當她發現蜥蜴是如何在水面上行走的。
11:25
Can you use this to make a better robot機器人?
160
673000
5000
可以利用這個製造更好的機器人嗎?
11:30
Martin馬丁 Buehler比埃勒 did -- who's誰是 now at Boston波士頓 Dynamics動力學 --
161
678000
3000
馬丁•比埃勒進行了嘗試——他現在在波士頓動力公司——
11:33
he took this idea理念 and made製作 RHexRHex to be Aqua水族 RHexRHex.
162
681000
5000
他採用了這個點子並將 RHex改造為水族RHex。
11:38
So here's這裡的 RHexRHex with paddles,
163
686000
2000
所以RHex有了趟水的槳,
11:40
now converted轉換 into an incredibly令人難以置信 maneuverable機動性 swimming游泳的 robot機器人.
164
688000
5000
現在被改造為不可思議且操縱靈活的游泳機器人了。
11:46
For rough surfaces, though雖然, animals動物 add claws.
165
694000
3000
然而對於粗糙的表面,動物為自己添加了爪子。
11:49
And you probably大概 feel them if you grabbed抓起 it.
166
697000
1000
當你抓住它們時應該能感覺到這些爪子。
11:50
Did you touch觸摸 it?
167
698000
1000
你有沒有碰碰它?
11:51
CACA: I did.
168
699000
1000
CA:我碰了。
11:52
RFRF: And they do really well at grabbing onto surfaces with these claws.
169
700000
2000
RF:它們可以很有效的利用這些爪子鉗住表面。
11:54
Mark標記 CutkoskyCutkosky at Stanford斯坦福 University大學, one of my collaborators合作者, is an extraordinary非凡 engineer工程師
170
702000
6000
斯坦福大學的馬克•庫特科斯基,我的一位同事,是一位傑出的工程師
12:00
who developed發達 this technique技術 called Shape形狀 Deposition沉積 Manufacturing製造業,
171
708000
3000
他發明了一種技術叫做“形狀沉積製造",
12:03
where he can imbed嵌入 claws right into an artificial人造 foot腳丫子.
172
711000
3000
利用這種技術,他可以將爪子嵌入人工足中。
12:06
And here's這裡的 the simple簡單 version of a foot腳丫子 for a new robot機器人 that I'll show顯示 you in a bit.
173
714000
5000
這裡有一個新機器人腳的簡易版本,我給你們看看。
12:11
So to our blueprint藍圖, let's attach連接 claws.
174
719000
3000
在我們的藍圖上加上爪子。
12:14
Now if we look at animals動物, though雖然, to be really maneuverable機動性 in all surfaces,
175
722000
3000
現在讓我們看看那些真正能在任何表面上移動的動物,
12:17
the animals動物 use hybrid混合動力 mechanisms機制
176
725000
2000
它們都要用到混合動力機制
12:19
that include包括 claws, and spines, and hairs, and pads, and glue, and capillary毛細管 adhesion粘著
177
727000
4000
包括爪子,刺,毛髮,肉趾,膠,毛細管粘附
12:23
and a whole整個 bunch of other things.
178
731000
1000
還有很多其他的東西。
12:24
These are all from different不同 insects昆蟲.
179
732000
2000
這些都是來自不同的昆蟲。
12:26
There's an ant螞蟻 crawling爬行 up a vertical垂直 surface表面.
180
734000
2000
這裡有一隻螞蟻在垂直的表面上往上爬。
12:28
Let's look at that ant螞蟻.
181
736000
1000
讓我們來看一下這隻螞蟻。
12:30
This is the foot腳丫子 of an ant螞蟻. You see the hairs and the claws and this thing here.
182
738000
5000
這是螞蟻的一隻腳。你看這裡有毛髮以及爪子。
12:35
This is when its foot's腳的 in the air空氣.
183
743000
2000
這是螞蟻自然狀態下的腳。
12:37
Watch what happens發生 when the foot腳丫子 goes onto your sandwich三明治.
184
745000
4000
觀察這腳放在你的三明治上會發生些什麼。
12:41
You see what happens發生?
185
749000
2000
看到發生了些什麼了嗎?
12:43
That pad comes out. And that's where the glue is.
186
751000
4000
這些墊伸展出來。這就是膠所在的地方。
12:48
Here from underneath is an ant螞蟻 foot腳丫子,
187
756000
3000
這下面是一隻螞蟻腳。
12:51
and when the claws don't dig in, that pad automatically自動 comes out without the ant螞蟻 doing anything.
188
759000
6000
當爪子不深入抓取時,墊會自動出來不需要螞蟻做任何事情。
12:57
It just extrudes壓出.
189
765000
1000
它就自己出來。
12:58
And this was a hard shot射擊 to get -- I think this is the shot射擊 of the ant螞蟻 foot腳丫子 on the superstrings超弦理論.
190
766000
5000
很難拍攝到這種狀態——這大概是在超弦狀態下拍攝的螞蟻腳。
13:03
So it's pretty漂亮 tough強硬 to do.
191
771000
1000
真的很難辦到。
13:04
This is what it looks容貌 like close up --
192
772000
3000
這就是近看的效果——
13:07
here's這裡的 the ant螞蟻 foot腳丫子, and there's the glue.
193
775000
2000
這是一隻螞蟻腳,然後這裡是膠狀物。
13:09
And we discovered發現 this glue may可能 be an interesting有趣 two-phase兩相 mixture混合物.
194
777000
4000
而且我們發現這些膠狀物可能是兩相混合物。
13:13
It certainly當然 helps幫助 it to hold保持 on.
195
781000
2000
這顯然可以幫助它們抓住牆壁。
13:15
So to our blueprint藍圖, we stick on some sticky pads.
196
783000
4000
所以要在我們的藍圖上添加黏膠墊。
13:19
Now you might威力 think for smooth光滑 surfaces we get inspiration靈感 here.
197
787000
4000
現在你可以考慮光滑表面了,因為我們已經有了相應的靈感。
13:23
Now we have something better here.
198
791000
3000
在這裡我們有些更好的。
13:26
The gecko's壁虎 a really great example of nanotechnology納米技術 in nature性質.
199
794000
3000
壁虎絕對是自然界中最好的納米技術例子。
13:29
These are its feet.
200
797000
2000
這些是他的腳。
13:31
They're -- almost幾乎 look alien外僑. And the secret秘密, which哪一個 they stick on with,
201
799000
4000
他們看起來——甚至像外星人的腳。而且秘密在於
13:35
involves涉及 their hairy毛茸茸 toes腳趾.
202
803000
2000
他們有毛茸茸的腳趾頭。
13:37
They can run up a surface表面 at a meter儀表 per second第二,
203
805000
4000
它們可以以1公尺/秒的速度在表面上移動。
13:41
take 30 steps腳步 in that one second第二 -- you can hardly幾乎不 see them.
204
809000
3000
一秒鐘內走30步——你幾乎都看不到它們。
13:44
If we slow it down, they attach連接 their feet at eight milliseconds毫秒,
205
812000
3000
但如果我們將這一過程放慢,會發現它們的腳與表面接觸時間僅為8毫秒,
13:47
and detach分離 them in 16 milliseconds毫秒.
206
815000
3000
而腳離開表面的時間僅為16毫秒。
13:50
And when you watch how they detach分離 it, it is bizarre奇異的.
207
818000
7000
當你觀察它們是如何將腳與表面分開時,會感覺很奇怪。
13:57
They peel away from the surface表面 like you'd peel away a piece of tape膠帶.
208
825000
5000
他們把腳從表面撕開,就像你把膠帶撕開一樣。
14:02
Very strange奇怪. How do they stick?
209
830000
3000
很奇怪。他們是怎麼黏上的?
14:05
If you look at their feet, they have leaf-like葉狀 structures結構 called linalaelinalae
210
833000
3000
觀察他們的腳,你會發現這種葉狀結構叫做linalae,
14:08
with millions百萬 of hairs.
211
836000
1000
並且有成千上萬的毛髮。
14:09
And each hair頭髮 has the worst最差 case案件 of split分裂 ends結束 possible可能.
212
837000
3000
而且每根毛都分岔極為嚴重。
14:12
It has a hundred to a thousand split分裂 ends結束,
213
840000
3000
又分了成百上千個岔。
14:15
and that's the secret秘密, because it allows允許 intimate親密 contact聯繫.
214
843000
3000
這就是秘密,因為這樣可以更為親密的接觸表面。
14:18
The gecko壁虎 has a billion十億 of these 200-nanometer-sized- 納米大小的 split分裂 ends結束.
215
846000
4000
壁虎擁有10億個這樣200奈米大小的分岔。
14:22
And they don't stick by glue, or they don't work like Velcro尼龍搭扣, or they don't work with suction吸力.
216
850000
5000
它們不利用膠狀物,不用尼龍搭扣(魔術帶),也不用吸附力。
14:27
We discovered發現 they work by intermolecular forces軍隊 alone單獨.
217
855000
4000
我們發現它們只用分子間引力作用。
14:31
So to our blueprint藍圖, we split分裂 some hairs.
218
859000
4000
所以在我們的藍圖上,我們將一些毛髮分岔。
14:35
This has inspired啟發 the design設計 of the first self-cleaning自潔 dry adhesive膠粘劑 --
219
863000
3000
這也為第一個具有自我清潔能力的膠提供了設計靈感——
14:38
the patent專利 issued發行, we're happy快樂 to say.
220
866000
2000
我們很開心的說我們也獲得了專利。
14:40
And here's這裡的 the simplest簡單 version in nature性質,
221
868000
3000
這裡是自然界中最簡單的版本。
14:43
and here's這裡的 my collaborator合作者 Ron羅恩 Fearing's恐懼的 attempt嘗試
222
871000
3000
這是我的同事羅恩•菲爾凌的嘗試
14:46
at an artificial人造 version of this dry adhesive膠粘劑 made製作 from polyurethane聚氨酯.
223
874000
5000
利用聚氨酯製造這種人工乾膠。
14:51
And here's這裡的 the first attempt嘗試 to have it work on some load加載.
224
879000
3000
這是第一次試驗將其黏在同樣的表面上。
14:54
There's enormous巨大 interest利益 in this in a variety品種 of different不同 fields領域.
225
882000
3000
在很多領域裡,人們都對其非常感興趣。
14:57
You could think of a thousand possible可能 uses使用, I'm sure.
226
885000
3000
我敢保證你能想出上千種用途。
15:00
Lots of people have, and we're excited興奮 about realizing實現 this as a product產品.
227
888000
5000
很多人發現了這是一種產品,我們對此也很激動。
15:05
We have imagined想像 products製品; for example, this one:
228
893000
2000
我們曾經想像過要製造這樣的產品,比如這個:
15:08
we imagined想像 a bio-inspired仿生 Band-Aid創可貼, where we took the glue off the Band-Aid創可貼.
229
896000
5000
我們想像由生物啟發的護創貼布(ok蹦),可以不用黏膠。
15:13
We took some hairs from a molting蛻皮 gecko壁虎;
230
901000
2000
我們在蛻皮的壁虎身上取得一些毛髮;
15:15
put three rolls勞斯萊斯 of them on here, and then made製作 this Band-Aid創可貼.
231
903000
4000
將三卷毛髮用在此處,製造出新的護創貼布(ok蹦)。
15:19
This is an undergraduate大學本科 volunteer志願者 --
232
907000
2000
這是一位大學生志願者——
15:21
we have 30,000 undergraduates本科生 so we can choose選擇 among其中 them --
233
909000
3000
我們有三萬個大學生,所以可以從他們之中挑選——
15:24
that's actually其實 just a red pen鋼筆 mark標記.
234
912000
2000
這僅僅是個紅色筆印。
15:26
But it makes品牌 an incredible難以置信 Band-Aid創可貼.
235
914000
2000
但這方法真的製造出了不可思議的護創貼布(ok蹦)。
15:28
It's aerated充氣, it can be peeled去皮 off easily容易, it doesn't cause原因 any irritation刺激, it works作品 underwater水下.
236
916000
8000
充氣後,可以被輕易地揭掉,不會帶來小困擾,而且還具有防水功能。
15:36
I think this is an extraordinary非凡 example of how curiosity-based好奇心為主 research研究 --
237
924000
5000
我認為這是一個非常好的例子,來說明基於好奇的研究-——
15:41
we just wondered想知道 how they climbed爬上 up something --
238
929000
2000
我們只是好奇它們如何爬上一些表面的——
15:43
can lead to things that you could never imagine想像.
239
931000
3000
可以引領你發現一些想不到的事情。
15:46
It's just an example of why we need to support支持 curiosity-based好奇心為主 research研究.
240
934000
4000
這是一個例子來說明為什麼我們需要支持那些由好奇心啟發的研究。
15:50
Here you are, pulling off the Band-Aid創可貼.
241
938000
3000
現在你撕掉創可貼。
15:53
So we've我們已經 redefined重新定義, now, what a foot腳丫子 is.
242
941000
4000
所以現在我們對腳重新進行了定義。
15:57
The question is, can we use these secrets秘密, then,
243
945000
2000
問題是,我們可否用這些秘密
15:59
to inspire啟發 the design設計 of a better foot腳丫子, better than one that we see in nature性質?
244
947000
3000
來啟發我們設計出比自然形成的更好的腳嗎?
16:02
Here's這裡的 the new project項目:
245
950000
2000
這是一個新的項目:
16:04
we're trying to create創建 the first climbing攀登 search-and-rescue搜尋及救援 robot機器人 -- no suction吸力 or magnets磁鐵 --
246
952000
6000
我們試圖製造第一個可爬牆的搜索救援機器人——不用吸盤以及磁鐵——
16:10
that can only move移動 on limited有限 kinds of surfaces.
247
958000
3000
可以在特定的表面上移動。
16:13
I call the new robot機器人 RiSE上升, for "Robot機器人 in Scansorial適於攀爬 Environment環境" -- that's a climbing攀登 environment環境 --
248
961000
5000
我稱這個新機器人為高層,是“攀登環境機器人“的簡稱——它可以爬牆。
16:18
and we have an extraordinary非凡 team球隊 of biologists生物學家 and engineers工程師 creating創建 this robot機器人.
249
966000
4000
我們共同製造這個機器人的小組中有傑出的生物學家以及工程師。
16:22
And here is RiSE上升.
250
970000
2000
這就是RiSE。
16:26
It's six-legged六足 and has a tail尾巴. Here it is on a fence籬笆 and a tree.
251
974000
3000
它有6條腿和一條尾巴。這是它在一個籬笆上,還有在一顆樹上。
16:29
And here are RiSE's上升的 first steps腳步 on an incline傾斜.
252
977000
4000
這是RiSE在傾斜的表面走出的第一步。
16:33
You have the audio音頻? You can hear it go up.
253
981000
3000
你們有耳機吧?可以聽到它往上走。
16:36
And here it is coming未來 up at you, in its first steps腳步 up a wall.
254
984000
6000
它在向你走來,第一次爬牆。
16:42
Now it's only using運用 its simplest簡單 feet here, so this is very new.
255
990000
5000
這裡它僅僅用最簡單的腳,所以很新。
16:47
But we think we got the dynamics動力學 right of the robot機器人.
256
995000
3000
但是我想我們已經理解了這個機器人的動力裝置。
16:51
Mark標記 CutkoskyCutkosky, though雖然, is taking服用 it a step further進一步.
257
999000
2000
馬克•庫特科斯基將這個實驗更進一步。
16:53
He's the one able能夠 to build建立 this shape-deposition形狀沉積 manufactured製成的 feet and toes腳趾.
258
1001000
5000
他可以利用形狀沉積製造的技術來製造這些腳以及趾頭。
16:58
The next下一個 step is to make compliant兼容 toes腳趾,
259
1006000
4000
下一步是要製造順從聽話的腳趾頭。
17:02
and try to add spines and claws and set it for dry adhesives粘合劑.
260
1010000
2000
然後加上刺和爪子,再加上乾膠。
17:04
So the idea理念 is to first get the toes腳趾 and a foot腳丫子 right,
261
1012000
3000
我們計劃首先將腳趾和腳做好,
17:07
attempt嘗試 to make that climb, and ultimately最終 put it on the robot機器人.
262
1015000
3000
然後試圖讓腳能在牆上爬行,最後在其上面安裝機器人。
17:10
And that's exactly究竟 what he's doneDONE.
263
1018000
2000
他就是這麼做的。
17:12
He's built內置, in fact事實, a climbing攀登 foot-bot足機器人 inspired啟發 by nature性質.
264
1020000
5000
事實上,他製造出一個受自然啟發的腳踏式爬牆機器人。
17:17
And here's這裡的 Cutkosky'sCutkosky的 and his amazing驚人 students'學生們' design設計.
265
1025000
4000
這就是特科斯基以及他令人佩服的學生的設計作品。
17:21
So these are tuned調整 toes腳趾 -- there are six of them,
266
1029000
6000
這些就是調諧的腳趾——有6個,
17:27
and they use the principles原則 that I just talked about collectively for the blueprint藍圖.
267
1035000
9000
它們就將我剛才在藍圖上用到的原理綜合起來。
17:36
So this is not using運用 any suction吸力, any glue,
268
1044000
2000
沒有用到吸盤,或任何膠狀物,
17:38
and it will ultimately最終, when it's attached to the robot機器人 --
269
1046000
3000
最終,當它被裝到機器人身上後——
17:41
it's as biologically生物 inspired啟發 as the animal動物 --
270
1049000
3000
由動物啟發而來——
17:44
hopefully希望 be able能夠 to climb any kind of a surface表面.
271
1052000
5000
希望能在任何表面上爬行。
17:49
Here you see it, next下一個, going up the side of a building建造 at Stanford斯坦福.
272
1057000
5000
現在你看,接下來,它爬上斯坦福大學建築的一面牆。
17:54
It's sped加快 up -- again, it's a foot腳丫子 climbing攀登.
273
1062000
3000
它加速了——它一直是用腳爬行。
17:57
It's not the whole整個 robot機器人 yet然而, we're working加工 on it --
274
1065000
2000
這還不是全部的機器人,我們仍在繼續努力——
17:59
now you can see how it's attaching附上.
275
1067000
1000
現在你可以看到它是怎麼爬上去的。
18:00
These tuned調整 structures結構 allow允許 the spines, friction摩擦 pads and ultimately最終 the adhesive膠粘劑 hairs
276
1068000
6000
這些調諧的結構使得所有刺、摩擦墊以及最終用來附著的毛髮
18:06
to grab onto very challenging具有挑戰性的, difficult surfaces.
277
1074000
3000
可以抓附住這些非常具有挑戰性的表面
18:09
And so they were able能夠 to get this thing -- this is now sped加快 up 20 times --
278
1077000
4000
所以它們現在可以爬牆了——這個影片加速了20倍——
18:13
can you imagine想像 it trying to go up and rescue拯救 somebody at that upper floor地板? OK?
279
1081000
4000
你能想像它爬上去救在上層的人嗎?
18:17
You can visualize想像 this now; it's not impossible不可能.
280
1085000
2000
你完全可以這麼設想了,不是不可能。
18:19
It's a very challenging具有挑戰性的 task任務. But more to come later後來.
281
1087000
4000
這是一項非常具有挑戰性的工作。但我們還有很多要做。
18:23
To finish: we've我們已經 gotten得到 design設計 secrets秘密 from nature性質 by looking at how feet are built內置.
282
1091000
4000
結束之際,當我們觀察腳是的構造時,我們汲取了自然界中設計的奧秘。
18:27
We've我們已經 learned學到了 we should distribute分發 control控制 to smart聰明 parts部分.
283
1095000
3000
我們學到應該把控制力巧妙的分部。
18:30
Don't put it all in the brain,
284
1098000
1000
不是全部放在腦子裡,
18:31
but put some of the control控制 in tuned調整 feet, legs and even body身體.
285
1099000
4000
而是去琢磨琢磨調諧的足、腿甚至身體。
18:35
That nature性質 uses使用 hybrid混合動力 solutions解決方案, not a single solution, to these problems問題,
286
1103000
3000
自然界為解決這類問題都使用多種途徑,絕不是單一途徑,
18:38
and they're integrated集成 and beautifully精美 robust強大的.
287
1106000
3000
這些途徑都完美的結合在一起,而且十分有效。
18:41
And third第三, we believe strongly非常 that we do not want to mimic模仿者 nature性質 but instead代替 be inspired啟發 by biology生物學,
288
1109000
8000
第三,我們堅定的相信我們不要單純模仿自然,而是要從生物中汲取靈感,
18:49
and use these novel小說 principles原則 with the best最好 engineering工程 solutions解決方案 that are out there
289
1117000
4000
然後利用這些新的原理以及最好的工程解決方案
18:53
to make -- potentially可能 -- something better than nature性質.
290
1121000
3000
來製造——有可能——比自然更好的東西。
18:57
So there's a clear明確 message信息:
291
1125000
2000
所以信息明確:
18:59
whether是否 you care關心 about a fundamental基本的, basic基本 research研究
292
1127000
3000
不論你在意的是基礎研究
19:02
of really interesting有趣, bizarre奇異的, wonderful精彩 animals動物,
293
1130000
3000
關於那些有趣、奇怪而奇妙的動物,
19:05
or you want to build建立 a search-and-rescue搜尋及救援 robot機器人
294
1133000
1000
或者你想製造一個可以用來搜尋及營救的機器人
19:06
that can help you in an earthquake地震, or to save保存 someone有人 in a fire,
295
1134000
3000
來幫助你在地震或火災中救人
19:09
or you care關心 about medicine醫學, we must必須 preserve保留 nature's大自然 designs設計.
296
1137000
5000
再或你對醫藥感興趣,總之我們必須保留大自然的設計。
19:14
Otherwise除此以外 these secrets秘密 will be lost丟失 forever永遠.
297
1142000
3000
否則這些秘密就將永遠丟失了。
19:17
Thank you.
298
1145000
1000
謝謝。
Translated by HUI XU
Reviewed by Joan Liu

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
Robert Full - Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering.

Why you should listen

UC Berkeley biologist Robert Full is fascinated by the motion of creatures like cockroaches, crabs and geckos having many legs, unusual feet or talented tails. He has led an effort to demonstrate the value of learning from Nature by the creating interdisciplinary collaborations of biologists, engineers, mathematicians and computer scientists from academia and industry. He founded CiBER, the Center for interdisciplinary Bio-inspiration in Education and Research, and the Poly-PEDAL Laboratory, which studies the Performance, Energetics and Dynamics of Animal Locomotion (PEDAL) in many-footed creatures (Poly).

His research shows how studying a diversity of animals leads to the discovery of general principles which inspire the design of novel circuits, artificial muscles, exoskeletons, versatile scampering legged search-and-rescue robots and synthetic self-cleaning dry adhesives based on gecko feet. He is passionate about discovery-based education leading to innovation -- and he even helped Pixar’s insect animations in the film A Bug's Life.

More profile about the speaker
Robert Full | Speaker | TED.com