Robert Full: Learning from the gecko's tail

מתרגם: Yifat Adler מבקר: Avihu Turzion

Let me share with you today an original discovery.

ברצוני לשתף אתכם היום בתגלית מקורית.

But I want to tell it to you the way it really happened --

אספר לכם עליה בדרך בה היא באמת התרחשה,

not the way I present it in a scientific meeting,

ולא בדרך בה אני מציג אותה במפגש מדעי,

or the way you'd read it in a scientific paper.

ולא בדרך בה תקראו עליה במאמר מדעי.

It's a story about beyond biomimetics,

זהו סיפור על ההתקדמות מביומימטיקה

to something I'm calling biomutualism.

למה שאני מכנה ביו-הדדיות.

I define that as an association between biology and another discipline,

אני מגדיר את המונח כקשר בין ביולוגיה ותחום נוסף,

where each discipline reciprocally advances the other,

כאשר כל תחום מקדם את חברו באופן הדדי,

but where the collective discoveries that emerge are beyond any single field.

והתגליות המשותפות הן מעבר לכל תחום נפרד.

Now, in terms of biomimetics,

במונחים של ביומימטיקה,

as human technologies take on more of the characteristics of nature,

ככל שהטכנולוגיות האנושיות רוכשות יותר תכונות של הטבע,

nature becomes a much more useful teacher.

הטבע נעשה מורה הרבה יותר שימושי.

Engineering can be inspired by biology

ההנדסה יכולה לקבל השראה מהביולוגיה

by using its principles and analogies when they're advantageous,

ולהשתמש בעקרונות ובאנלוגיות של הביולוגיה שהיא יכולה להפיק מהן תועלת.

but then integrating that with the best human engineering,

לאחר מכן, היא משלבת אותם עם מיטב הנדסת האנוש,

ultimately to make something actually better than nature.

כדי לבנות בסופו של דברים שהם טובים יותר מהטבע.

Now, being a biologist, I was very curious about this.

מאחר שאני ביולוג, התעוררה בי סקרנות רבה לגבי זה.

These are gecko toes.

אלו הן בהונות של שממיות.

And we wondered how they use these bizarre toes

תהינו איך הן משתמשות בבהונות המוזרים האלה

to climb up a wall so quickly.

כדי לטפס על קירות במהירות כה רבה.

We discovered it. And what we found was

וגילינו זאת. גילינו שיש להן

that they have leaf-like structures on their toes,

מבנים דמויי עלה על הבהונות שלהן,

with millions of tiny hairs that look like a rug,

עם מיליוני שערות זעירות שנראות כמו שטיח.

and each of those hairs has the worst case of split-ends possible:

וכל אחת מהשערות סובלת ממקרה חמור של קצוות מפוצלים -

about 100 to 1000 split ends that are nano-size.

בין 100 ל-1000 קצוות מפוצלים בגודל נאנו.

And the individual has 2 billion of these nano-size split ends.

לכל שממית יש 2 מיליארד קצוות מפוצלים בגודל נאנו.

They don't stick by Velcro or suction or glue.

הן לא נצמדות עם סקוטש או יניקה או דבק.

They actually stick by intermolecular forces alone,

הן נצמדות אך ורק ע"י כוחות בין-מולקולריים,

van der Waals forces.

כוחות ון דר ואלס.

And I'm really pleased to report to you today

ואני שמח מאוד לדווח לכם היום

that the first synthetic self-cleaning, dry adhesive has been made.

שייצרנו את הדבק היבש הסינטטי הראשון שמתנקה מעצמו.

From the simplest version in nature, one branch,

מהגירסה הפשוטה ביותר בטבע - ענף אחד,

my engineering collaborator, Ron Fearing, at Berkeley,

שותפי המהנדס, רון פירינג, מברקלי,

had made the first synthetic version.

בנה את הגירסה הסינטטית הראשונה.

And so has my other incredible collaborator,

וכך גם שותפי הנפלא

Mark Cutkosky, at Stanford --

מארק קטקוסקי מסטנפורד.

he made much larger hairs than the gecko,

הוא בנה שערות הרבה יותר גדולות מאלו של השממית,

but used the same general principles.

אבל השתמש באותם עקרונות כלליים.

And here is its first test.

זהו הניסוי הראשון שלהן.

(Laughter)

[צחוק]

That's Kellar Autumn, my former Ph.D. student,

זהו קלאר אוטום, דוקטורנט שלי לשעבר,

professor now at Lewis and Clark,

פרופסור בלואיס וקלארק כיום,

literally giving his first-born child up for this test.

שנידב את ביתו הבכורה עבור הניסוי הזה.

(Laughter)

[צחוק]

More recently, this happened.

לא מזמן, ארוע זה התרחש.

Man: This the first time someone has actually climbed with it.

בחור: זוהי הפעם הראשונה בה מישהו טיפס בעזרת זה.

Narrator: Lynn Verinsky, a professional climber,

קריין: לין ורינסקי, מטפסת מקצועית,

who appeared to be brimming with confidence.

נראית מלאה בביטחון.

Lynn Verinsky: Honestly, it's going to be perfectly safe. It will be perfectly safe.

לין ורינסקי: בכנות, זה יהיה לגמרי בטוח. זה יהיה לגמרי בטוח.

Man: How do you know?

בחור: איך את יודעת?

Lynn Verinsky: Because of liability insurance. (Laughter)

לין ורינסקי: יש לנו ביטוח חבות.

Narrator: With a mattress below and attached to a safety rope,

קריין: עם מזרון מתחתיה וחבל ביטחון,

Lynn began her 60-foot ascent.

לין התחילה בטיפוס של 20 מטר.

Lynn made it to the top in a perfect pairing

לין עלתה עד למעלה בשילוב מושלם

of Hollywood and science.

של הוליווד ומדע.

Man: So you're the first human being to officially emulate a gecko.

איש: את האדם הראשון שחיקה שממית באופן רשמי.

Lynn Verinsky: Ha! Wow. And what a privilege that has been.

לין ורינסקי: הא! וואו. איזו זכות זאת היתה.

Robert Full: That's what she did on rough surfaces.

רוברט פול: זה מה שהיא עשתה על משטחים מחוספסים.

But she actually used these on smooth surfaces --

על משטחים חלקים היא השתמשה באלה,

two of them -- to climb up, and pull herself up.

שניים כאלה, כדי לטפס ולמשוך את עצמה למעלה.

And you can try this in the lobby,

אתם יכולים לנסות את זה בלובי,

and look at the gecko-inspired material.

ולבחון את החומר שנוצר בהשראת השממית.

Now the problem with the robots doing this

הבעיה עם רובוטים היא

is that they can't get unstuck,

שהם לא יודעים לשחרר את עצמם

with the material.

עם החומר הזה.

This is the gecko's solution. They actually peel their toes away

זהו הפתרון של השממיות. הן מקלפות את הבהונות שלהן

from the surface, at high rates,

מהמשטח בקצבים גבוהים,

as they run up the wall.

כאשר הן רצות במעלה הקיר.

Well I'm really excited today to show you

אני מאוד נרגש להציג בפניכם היום

the newest version of a robot, Stickybot,

את הגירסה החדשה ביותר של רובוט, סטיקיבוט,

using a new hierarchical dry adhesive.

שמשתמש בדבק יבש היררכי חדש.

Here is the actual robot.

זהו הרובוט.

And here is what it does.

וזה מה שהוא עושה.

And if you look,

תוכלו לראות

you can see that it uses

שהוא משתמש

the toe peeling,

בקילוף הבהונות

just like the gecko does.

בדיוק כמו השממית.

If we can show some of the video, you can see it climbing up the wall.

בסרט תוכלו לראות אותו מטפס על הקיר.

(Applause)

[מחיאות כפיים]

There it is.

הנה הוא.

And now it can go on other surfaces because of the new adhesive

עכשיו הוא יכול ללכת על משטחים נוספים, בזכות הדבק החדש

that the Stanford group was able to do

שקבוצת סטאנפורד הצליחה לייצר,

in designing this incredible robot.

בזמן התכנון של הרובוט הנפלא הזה.

(Applause)

[מחיאות כפיים]

Oh. One thing I want to point out is, look at Stickybot.

ברצוני לציין דבר אחד. הביטו בסטיקיבוט.

You see something on it. It's not just to look like a gecko.

יש לו תוספת שלא מיועדת לכך שהוא יראה כמו שממית.

It has a tail. And just when you think you've figured out nature,

יש לו זנב. וברגע שאתם חושבים שפיענחתם את הטבע,

this kind of thing happens.

קורה דבר כזה.

The engineers told us, for the climbing robots,

המהנדסים אמרו לנו, שהרובוטים המטפסים -

that, if they don't have a tail,

אם אין להם זנב,

they fall off the wall.

הם נופלים מהקיר.

So what they did was they asked us

אז הם שאלו אותנו

an important question.

שאלה חשובה.

They said, "Well, it kind of looks like a tail."

הם אמרו, "זה נראה די דומה לזנב,

Even though we put a passive bar there.

למרות ששמנו שם מוט פאסיבי.

"Do animals use their tails when they climb up walls?"

האם החיות משתמשות בזנב שלהן כשהן מטפסות על קירות?"

What they were doing was returning the favor,

הם החזירו לנו טובה

by giving us a hypothesis to test,

ונתנו לנו השערה לבדיקה

in biology, that we wouldn't have thought of.

בביולוגיה, שלא היינו חושבים עליה.

So of course, in reality, we were then panicked,

וכמובן, במציאות, היינו בפאניקה.

being the biologists, and we should know this already.

כי היינו הביולוגים והיינו אמורים לדעת את התשובה.

We said, "Well, what do tails do?"

שאלנו, "מה זנבות עושים?"

Well we know that tails store fat, for example.

אנחנו יודעים שהזנבות מאחסנים שומן, לדוגמא.

We know that you can grab onto things with them.

אנחנו יודעים שאפשר להיתפס בדברים בעזרתם.

And perhaps it is most well known

והדבר הידוע ביותר הוא כנראה

that they provide static balance.

שהם מספקים שיווי משקל סטאטי.

(Laughter)

[צחוק]

It can also act as a counterbalance.

הם יכולים גם לשמש כמשקל נגדי.

So watch this kangaroo.

הביטו בקנגרו.

See that tail? That's incredible!

רואים את הזנב הזה? זה לא יאומן!

Marc Raibert built a Uniroo hopping robot.

מארק רייברט בנה אונירו - רובוט מקפץ.

And it was unstable without its tail.

ובלי זנב הוא לא היה יציב.

Now mostly tails limit maneuverability,

בדרך כלל זנבות מגבילים את כושר התמרון.

like this human inside this dinosaur suit.

כמו האיש הזה בתוך חליפת הדינוזאור.

(Laughter)

[צחוק]

My colleagues actually went on to test this limitation,

חברי בדקו את המגבלה הזאת,

by increasing the moment of inertia of a student, so they had a tail,

הם הגדילו את מומנט ההתמדה של סטונדטים, שמו להם זנב,

and running them through and obstacle course,

הריצו אותם דרך מסלול מכשולים,

and found a decrement in performance,

וגילו שהביצועים שלהם היו מופחתים,

like you'd predict.

כמו שהייתם יכולים לצפות מראש.

(Laughter)

[צחוק]

But of course, this is a passive tail.

אבל, כמובן, זהו זנב פאסיבי.

And you can also have active tails.

יש גם זנבות אקטיביים.

And when I went back to research this, I realized

וכשחזרתי למחקר של הנושא, הבנתי

that one of the great TED moments in the past,

שבאחד הרגעים הגדולים של TED בעבר,

from Nathan,

שהוצג ע"י נתן,

we've talked about an active tail.

דיברנו על זנב אקטיבי.

Video: Myhrvold thinks tail-cracking dinosaurs

וידיאו: מירוולד חושב שדינוזאורים הצליפו בזנבם

were interested in love, not war.

מתוך אהבה ולא מתוך מלחמה.

Robert Full: He talked about the tail being a whip for communication.

רוברט פול: הוא דיבר על הזנב כעל שוט למטרות תקשורת.

It can also be used in defense.

אפשר גם להשתמש בו למטרות הגנה.

Pretty powerful.

חזק ביותר.

So we then went back and looked at the animal.

אז חזרנו אחורה והתבוננו בחיה.

And we ran it up a surface.

והרצנו אותה במעלה משטח.

But this time what we did is we put a slippery patch

אבל הפעם שמנו את הטלאי המחליק

that you see in yellow there.

שאתם רואים שם בצהוב.

And watch on the right what the animal is doing with its tail

בצד ימין אתם יכולים לראות מה החיה עושה עם הזנב שלה

when it slips. This is slowed down 10 times.

כשהיא מחליקה. זה מוצג בהילוך איטי של פי 10.

So here is normal speed.

וזה במהירות רגילה.

And watch it now slip,

היא מחליקה עכשיו.

and see what it does with its tail.

תראו מה היא עושה עם הזנב.

It has an active tail that functions as a fifth leg,

יש לה זנב אקטיבי שמשמש כרגל חמישית,

and it contributes to stability.

והוא עוזר לה להתייצב.

If you make it slip a huge amount, this is what we discovered.

ואם גורמים לה להחליק מרחק רב, זה מה שגילינו.

This is incredible.

זה בלתי יאומן.

The engineers had a really good idea.

למהנדסים היה רעיון נפלא.

And then of course we wondered,

ואז כמובן תהינו,

okay, they have an active tail, but let's picture them.

אוקי, יש להן זנב פעיל, אבל בואו נדמיין אותן.

They're climbing up a wall, or a tree.

הן מטפסות על קיר, או על עץ.

And they get to the top and let's say there's some leaves there.

הן מגיעות לצמרת, ונניח שיש שם כמה עלים.

And what would happen if they climbed on the underside of that leaf,

מה קורה אם הן מטפסות אל מתחת לעלה הזה,

and there was some wind, or we shook it?

ויש רוח, או שאנחנו מנענעים אותו?

And we did that experiment, that you see here.

ביצענו את הניסוי הזה, ואתם יכולים לראות אותו.

(Applause)

[מחיאות כפיים]

And this is what we discovered.

וזה מה שגילינו.

Now that's real time. You can't see anything.

זה בזמן אמת. אי אפשר לראות שום דבר.

But there it is slowed down.

זה בהילוך איטי.

What we discovered was the world's fastest air-righting response.

גילינו את התגובה המהירה ביותר בעולם של התיישרות אווירית.

For those of you who remember your physics, that's a zero-angular-momentum

אם אתם זוכרים פיזיקה - זוהי תגובה של

righting response. But it's like a cat.

תיקון תנע-זוויתי-אפס. אבל היא כמו חתול.

You know, cats falling. Cats do this. They twist their bodies.

כשחתולים נופלים - הם מפתלים את הגוף שלהם.

But geckos do it better.

אבל השממיות עושות זאת טוב יותר.

And they do it with their tail.

והן עושות זאת בעזרת הזנב.

So they do it with this active tail as they swing around.

הן נעזרות בזנב האקטיבי שלהן כדי להתהפך.

And then they always land in the sort of superman skydiving posture.

הן תמיד נוחתות בתנוחה הזאת של סופרמן בצניחה חופשית.

Okay, now we wondered, if we were right,

אוקי. עכשיו תהינו, אם אנחנו צודקים,

we should be able to test this in a physical model, in a robot.

נוכל לנסות זאת במודל פיזיקלי - ברובוט.

So for TED we actually built a robot,

אז בנינו רובוט עבור TED,

over there, a prototype, with the tail.

אב-הטיפוס נמצא שם, עם הזנב.

And we're going to attempt the first air-righting response

ואנחנו עומדים לנסות את תגובת ההתיישרות האווירית

in a tail, with a robot.

הראשונה של זנב, עם רובוט.

If we could have the lights on it.

אפשר להאיר עליו בבקשה.

Okay, there it goes.

אוקי. הנה הוא נוחת.

And show the video.

הציגו את הסרט.

There it is.

הנה הוא.

And it works just like it does in the animal.

זה עובד בדיוק כמו אצל החיה.

So all you need is a swing of the tail to right yourself.

צריך רק להניף את הזנב כדי להתיישר.

(Applause)

[מחיאות כפיים]

Now, of course, we were normally frightened

באופן טבעי, חששנו עכשיו,

because the animal has no gliding adaptations,

מכיוון שלחיה אין הסתגלות לדאיה.

so we thought, "Oh that's okay. We'll put it in a vertical wind tunnel.

אז חשבנו, "זה בסדר. נשים אותה במנהרת רוח אנכית.

We'll blow the air up, we'll give it a landing target, a tree trunk,

האוויר ינשוב כלפי מעלה, ניתן לה מטרה לנחות עליה, גזע של עץ,

just outside the plexi-glass enclosure, and see what it does.

מחוץ לקופסת הפלקסיגלאס, ונבדוק מה היא תעשה."

(Laughter)

[צחוק]

So we did. And here is what it does.

עשינו זאת. וזה מה שהיא עשתה.

So the wind is coming from the bottom. This is slowed down 10 times.

הרוח נושבת מלמטה. זה בהילוך איטי של פי 10.

It does an equilibrium glide. Highly controlled.

היא מבצעת דאייה בשיווי משקל. בשליטה גבוהה.

This is sort of incredible. But actually it's quite beautiful,

זה לא יאמן. אבל זה מאוד יפה,

when you take a picture of it.

כשמצלמים את זה.

And it's better than that, it -- just in the slide -- maneuvers in mid-air.

ויותר מכך, תוך כדי גלישה היא מתמרנת באוויר.

And the way it does it, is it takes its tail

היא עושה זאת בעזרת הזנב.

and it swings it one way to yaw left, and it swings its other way to yaw right.

היא מניעה אותו לכיוון אחד כדי לסטות שמאלה ולכיוון השני כדי לסטות ימינה.

So we can maneuver this way.

אנו יכולים לתמרן בדרך הזאת.

And then -- we had to film this several times to believe this --

ואז - היינו צריכים לצלם זאת כמה פעמים כדי להאמין -

it also does this. Watch this.

היא עושה גם את זה. הביטו.

It oscillates its tail up and down like a dolphin.

היא מניעה את הזנב למעלה ולמטה כמו דולפין.

It can actually swim through the air.

היא ממש יכולה לשחות באוויר.

But watch its front legs. Can you see what they are doing?

אבל הביטו ברגליים הקדמיות שלה. אתם יכולים לראות מה הן עושות?

What does that mean for the origin of flapping flight?

מה משמעות הדבר לגבי מקור התעופה תוך תנועות כנפיים?

Maybe it's evolved from coming down from trees,

אולי היא התפתחה מהירידה מהעצים,

and trying to control a glide.

ומהנסיונות לשלוט בדאייה.

Stay tuned for that.

השארו עימנו.

(Laughter)

[צחוק]

So then we wondered, "Can they actually maneuver with this?"

ואז תהינו, "האם הן באמת יכולות לתמרן עם זה?"

So there is the landing target. Could they steer towards it

זוהי מטרת הנחיתה. האם הן יוכלו לנווט לשם

with these capabilities? Here it is in the wind tunnel.

עם היכולות האלה? הנה אחת במנהרת הרוח.

And it certainly looks like it.

נראה שהיא בהחלט יכולה.

You can see it even better from down on top.

אפשר לראות יותר טוב במבט מלמטה.

Watch the animal.

הביטו בחיה.

Definitely moving towards the landing target.

היא בהחלט מתקדמת לכיוון מטרת הנחיתה.

Watch the whip of its tail as it does it. Look at that.

הביטו בהצלפות הזנב שלה.

It's unbelievable.

זה לא יאומן.

So now we were really confused,

עכשיו היינו לגמרי מבולבלים.

because there are no reports of it gliding.

מכיוון שאין דיווחים על דאיית שממיות.

So we went, "Oh my god, we have to go to the field,

אז אמרנו "אוי אלוהים. עכשיו נצטרך לצאת לשטח

and see if it actually does this."

ולבדוק אם היא באמת עושה את זה."

Completely opposite of the way you'd see it on a nature film, of course.

כמובן, ההפך הגמור ממה שאתם רואים בסרטי טבע.

We wondered, "Do they actually glide in nature?"

תהינו, "האם הן דואות בטבע?"

Well we went to the forests of Singapore and Southeast Asia.

יצאנו ליערות של סינגפור ודרום מזרח אסיה.

And the next video you see is the first time we've showed this.

בסרט הבא תראו את הפעם הראשונה בה ראינו זאת.

This is the actual video -- not staged, a real research video --

זהו הסרט המקורי. הוא לא מבויים. זהו סרט מחקר אמיתי

of animal gliding down. There is a red trajectory line.

של חיה הדואה כלפי מטה - המסלול מסומן בקו אדום.

Look at the end to see the animal.

התבוננו בקצהו כדי לראות את החיה.

But then as it gets closer to the tree,

כשהיא מתקרבת אל העץ,

look at the close-up. And see if you can see it land.

הביטו בצילום התקריב ונסו לראות אותה נוחתת.

So there it comes down. There is a gecko at the end of that trajectory line.

הנה היא יורדת. יש שם שממית בקצה של קו המסלול.

You see it there? There? Watch it come down.

אתם רואים אותה? שם? תראו אותה יורדת.

Now watch up there and you can see the landing. Did you see it hit?

עכשיו תסתכלו למעלה ותראו את הנחיתה. ראיתם אותה מגיעה?

It actually uses its tail too,

גם כאן היא משתמשת בזנב.

just like we saw in the lab.

בדיוק כמו שראינו במעבדה.

So now we can continue this mutualism

ועכשיו אנו יכולים להמשיך בהדדיות

by suggesting that they can make an active tail.

ולהציע להם לייצר זנב אקטיבי.

And here is the first active tail, in the robot,

וזהו הזנב האקטיבי הראשון ברובוט

made by Boston Dynamics.

שיוצר ע"י בוסטון דיינמיקס.

So to conclude, I think we need to build biomutualisms, like I showed,

ולסיכום, אני חושב שעלינו ליצור מערכות ביו-הדדיות, בדומה לזו שהצגתי,

that will increase the pace of basic discovery in their application.

שהיישום שלהן יגביר את קצב התגליות הבסיסיות.

To do this though, we need to redesign education in a major way,

אבל, כדי לעשות זאת, עלינו לבצע שינוי גדול בתכנון החינוך,

to balance depth with interdisciplinary communication,

לאזן בין עומק ובין תקשורת בין תחומית.

and explicitly train people how to contribute to, and benefit from other disciplines.

עלינו לאמן אנשים לתרום לתחומים אחרים ולהפיק מתחומים אחרים תועלת.

And of course you need the organisms and the environment to do it.

וכמובן, אנו זקוקים לבעלי החיים ולסביבה כדי לעשות זאת.

That is, whether you care about security, search and rescue or health,

כלומר, בין אם אתם מתעניינים בביטחון, בחילוץ והצלה, או בבריאות,

we must preserve nature's designs,

עלינו לשמר את התכנונים של הטבע,

otherwise these secrets will be lost forever.

אחרת הסודות האלה יעלמו לעולמי עולמים.

And from what I heard from our new president,

ומהדברים ששמעתי מהנשיא החדש שלנו,

I'm very optimistic. Thank you.

אני מאוד אופטימי. תודה.

(Applause)

[מחיאות כפיים]