Robert Full: Engineering and evolution

Роберт Фул о технике и эволюции

Переводчик: Mikhail Mosienko Редактор: Ruslan Tcherniy

Welcome. If I could have the first slide, please?

Здравствуйте. Можно, пожалуйста, первый слайд?

Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,

Вопреки расчётам некоторых инженеров, пчёлы могут летать,

dolphins can swim, and geckos can even climb

дельфины могут плавать, а гекконы даже взбираться

up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,

по самым гладким вертикальным поверхностям. За время этой короткой презентации

is to try to allow each of you to experience

я хочу дать вам возможность испытать

the thrill of revealing nature's design.

глубокое волнение от открытия того, как конструирует свои творения природа.

I get to do this all the time, and it's just incredible.

Я занимаюсь этим постоянно и не перестаю удивляться.

I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.

И сегодня я хочу поделиться с вами хотя бы небольшой частью этих наблюдений.

The challenge of looking at nature's designs --

Сложность в наблюдении за природными инженерными решениями —

and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.

и я расскажу вам о том, как мы их постигаем и используем.

The challenge, of course, is to answer this question:

Сложность, собственно, в следующем вопросе:

what permits this extraordinary performance of animals

какие особенные характеристики позволяют животным

that allows them basically to go anywhere?

передвигаться, в общем-то, где угодно?

And if we could figure that out, how can we implement those designs?

И если нам удастся разобраться, как мы сможем применить такие разработки?

Well, many biologists will tell engineers, and others,

Биологи, конечно же, ответят инженерам и всем остальным,

organisms have millions of years to get it right;

что у живых организмов были миллионы лет чтобы найти верное применение;

they're spectacular; they can do everything wonderfully well.

они впечатляют; они что угодно выполняют поразительно удачно.

So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.

Итак, решение — это «био-мимикрия» — прямое подражание природе.

We know from working on animals that the truth is

Работая с животными, мы поняли,

that's exactly what you don't want to do -- because evolution works

что как-раз этого делать не нужно, потому что эволюция

on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.

использует принцип «достаточного качества», а не совершенствования.

And the constraints in building any organism, when you look at it,

И ограничения в устройстве любого организма, если присмотреться,

are really severe. Natural technologies have incredible constraints.

очень жёсткие. У природных конструкций невероятные ограничения.

Think about it. If you were an engineer and I told you

Только представьте себе. Если бы вы были инженером и я сказал бы вам,

that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,

что вы должны сконструировать автомобиль, но в начале он должен быть вот такого размера,

then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.

а затем он должен вырасти вот на столько, но в процессе роста он должен постоянно ездить.

Or think about the fact that if you build an automobile, I'll tell you that you also -- inside it --

Теперь представтье, что вы как-то всё же построили автомобиль, и теперь я говорю вам,

have to put a factory that allows you to make another automobile.

что ещё у него внутри должен быть завод, чтоб строить другие автомобили.

(Laughter)

(Смех в зале)

And you can absolutely never, absolutely never, because of history

И вам нельзя, совершенно нельзя, из-за предыстории

and the inherited plan, start with a clean slate.

и унаследованного устройства, начать с чистого листа.

So, organisms have this important history.

Итак, у организмов есть эта важная предыстория.

Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.

В действительности эволюция работает скорее как жестянщик, чем как инженер.

And this is really important when you begin to look at animals.

И понимание этого факта становится по-настоящему важным, если посмотреть на животных.

Instead, we believe you need to be inspired by biology.

Мы считаем, что инженер должен черпать вдохновение в работе природы.

You need to discover the general principles of nature,

Необходимо открыть её основные принципы

and then use these analogies when they're advantageous.

и затем использовать их аналоги, если они полезны.

This is a real challenge to do this, because animals,

Это по-настоящему серьёзный вызов,

when you start to really look inside them -- how they work --

потому что когда начинаешь изучать животных, изучать то, как они устроены,

appear hopelessly complex. There's no detailed history

оказывается что они бесконечно сложны. И негде узнать о технологическом процессе,

of the design plans, you can't go look it up anywhere.

негде посмотреть историю чертежей.

They have way too many motions for their joints, too many muscles.

У них слишком много возможных движений суставов, слишком много мышц.

Even the simplest animal we think of, something like an insect,

Даже у простейших животных, даже у насекомых

and they have more neurons and connections than you can imagine.

есть больше нейронов и связей, чем мы можем представить.

How can you make sense of this? Well, we believed --

Как во всём этом разобраться? Ну, мы посчитали

and we hypothesized -- that one way animals could work simply,

и выдвинули гипотезу, что вообще-то животные могут двигаться просто,

is if the control of their movements

если контроль их движений

tended to be built into their bodies themselves.

является частью качеств самой конструкции их тела.

What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals

Мы обнаружили, что двух-, четырёх-, шести- и восьминогие животные

all produce the same forces on the ground when they move.

прилагают к земле один и тот же тип усилия, когда движутся.

They all work like this kangaroo, they bounce.

Они все передвигаются как этот кенгуру, они прыгают.

And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system

И механику их движения можно смоделировать системой пружин, которую мы и называем «система пружин»,

because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.

потому что мы биомеханики, а вообще-то она напоминает тренажёр «Кузнечик».

They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?

Все животные движутся по тому же принципу, что эта пружина. Как это может быть?

Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,

Одна нога человека работает, как две ноги бегущей рысцой собаки

or works like three legs, together as one, of a trotting insect,

или как три ноги бегущего насекомого взятые вместе,

or four legs as one of a trotting crab.

или как четыре ноги бегущего краба.

And then they alternate in their propulsion,

Движущая сила у этих животных различается,

but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way

но принцип движения у всех одинаков. Почти у всех животных, которых мы рассмотрели.

-- you'll see next week, I'll give you a hint,

Хотя на следующей неделе — выдам вам маленький секрет —

there'll be an article coming out that says that really big things

выйдет статья, где говорится, что некоторые очень большие животные,

like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.

такие, как тиранозавр Рекс, вероятно не могли так двигаться, но об этом — на следующей неделе.

Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along

Интересным является также следующий факт: мы упомянули,

the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,

что животные совершают прыжки вверх-вниз; и в нашей работе с «Pixar»,

in "A Bug's Life," we discussed the

когда мы обсуждали мультфильм «Приключения Флика»,

bipedal nature of the characters of the ants.

зашёл разговор о том, что персонажи изображены, как ходящие на двух ногах.

And we told them, of course, they move in another plane as well.

Мы сказали им, что муравьи вообще-то могут передвигаться и в другой плоскости,

And they asked us this question. They say, "Why model

на что нам задали вопрос: «Почему в таком случае

just in the sagittal plane or the vertical plane,

вы моделируете движение животных только в вертикальной плоскости,

when you're telling us these animals are moving

если вы говорите нам, что они могут также двигаться

in the horizontal plane?" This is a good question.

и в горизонтальной?» Хороший вопрос!

Nobody in biology ever modeled it this way.

Никто из биологов никогда не строил таких моделей.

We took their advice and we modeled the animals moving

Мы решили последовать их совету и смоделировать движение животного

in the horizontal plane as well. We took their three legs,

так же и в горизонтальной плоскости. Мы взяли три ноги

we collapsed them down as one.

и посчитали создаваемый ими импульс как для одной.

We got some of the best mathematicians in the world

Мы привлекли одних из лучших математиков в мире.

from Princeton to work on this problem.

Специалисты из Принстона работали над этой проблемой.

And we were able to create a model

И нам удалось создать модель,

where animals are not only bouncing up and down,

которая воссоздаёт не только прыжковое движение животного вверх-вниз,

but they're also bouncing side to side at the same time.

но ещё и прыжки из стороны в сторону вместе с этим.

And many organisms fit this kind of pattern.

И оказалось — движение многих животных вписывается в такую схему.

Now, why is this important to have this model?

Почему для нас так было важно её создать?

Because it's very interesting. When you take this model

Потому что это очень интересно. Когда вы берёте эту модель

and you perturb it, you give it a push,

и приводите её в движение, даёте ей толчёк,

as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain

сталкиваясь с препятствием, она сама стабилизирует себя — не имея ни мозга,

or no reflexes, just by the structure alone.

ни рефлексов — благодаря одной лишь структуре!

It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.

Это прекрасная модель. Давайте оценим математическую красоту её формул.

(Laughter)

(Смех в зале)

That's enough!

Хватит.

(Laughter)

(Смех в зале)

The animals, when you look at them running,

Если посмотреть на бегущее животное,

appear to be self-stabilizing like this,

то окажется, что оно стабилизирует своё положение,

using basically springy legs. That is, the legs can do

обходясь в основном, пружинящими ногами. То есть их ноги

computations on their own; the control algorithms, in a sense,

и делают вычисления; в том смысле, что алгоритмы управления

are embedded in the form of the animal itself.

встроены в саму форму животного.

Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?

Почему же нас не вдохновляют открытия подобные этому, да и сама природа?

Well, I would argue that human technologies are really different from

Человеческие технологии значительно отличаются от того, что создаёт природа,

natural technologies, at least they have been so far.

ну, или по крайней мере до сих пор отличались.

Think about the typical kind of robot that you see.

Представьте себе обычного робота.

Human technologies have tended to be large, flat,

Люди склонны конструировать большое, плоское,

with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices

с прямыми углами, жёсткое, металлическое. С вращающимися механизмами

and axles. There are very few motors, very few sensors.

и осями. С малым количеством моторов и сенсоров.

Whereas nature tends to be small, and curved,

Тогда как природа, напротив, стремится сделать компактным, с плавными линиями;

and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,

всё гнётся, скручивается, с ногами и отростками;

and has many muscles and many, many sensors.

а так же много мышц и много сенсоров.

So it's a very different design. However, what's changing,

Настолько это иной подход. Однако, вот что меняет всё,

what's really exciting -- and I'll show you some of that next --

что действительно вдохновляет — я продемонстрирую вам следом —

is that as human technology takes on more of the characteristics

когда человек начинает применять технологии характерные

of nature, then nature really can become a much more useful teacher.

для природы. И тогда она становится по-настоящему ценным наставником.

And here's one example that's really exciting.

Вот один из примеров тому.

This is a collaboration we have with Stanford.

Наше сотрудничество со Стэнфордом.

And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.

Там была разработана новая технология — «Производство форм-носителей» (Shape Deposition Manufacturing).

It's a technique where they can mix materials together and mold any shape

Эта технология позволяет смешивать разные материалы и выплавлять любую форму,

that they like, and put in the material properties.

закладывая в материал определённые качества.

They can embed sensors and actuators right in the form itself.

Стало возможным встраивать сенсоры и исполнительные механизмы в саму форму.

For example, here's a leg: the clear part is stiff,

Вот, например, нога. Прозрачная часть — жёсткая,

the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.

белая часть — гибкая. И для этого не нужно ни осей, ни чего-либо подобного.

It just bends by itself beautifully.

Она просто прекрасно гнётся. Сама.

So, you can put those properties in. It inspired them to show off

Можно просто задать необходимые качества материала. Разработчики решили показать, на что способны,

this design by producing a little robot they named Sprawl.

сконструировав маленького робота, которого они назвали «Ползун» (Sprawl).

Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,

Наши исследования также вдохновили инженеров на создание ещё одного прыгающего робота.

from the University of Michigan and McGill

Он был собран конструкторами из Мичиганского университета и университета МакГилл.

named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.

Робота назвали «Шестиног» (RHex); и он может работать автономно.

Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving

Давайти перейдём к видео и посмотрим на некоторых животных в движении.

and then some of the simple robots

А потом на некторых простых роботов,

that have been inspired by our discoveries.

конструкторы которых черпали вдохновения в наших исследованиях.

Here's what some of you did this morning, although you did it outside,

Сейчас вы видите то, чем занимались некоторые из вас сегодня утром. Вы, правда, делали это на улице,

not on a treadmill.

а не на беговой дорожке.

Here's what we do.

А вот что устроили мы.

(Laughter)

(Смех в зале)

This is a death's head cockroach. This is an American cockroach

Это таракан «Мёртвая голова». А это американский таракан,

you think you don't have in your kitchen.

про которого вы думаете, что у вас на кухне такого нет.

This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.

Это восьминогий сорпион. Шестиногий муравей. Сорокачетырёхногая многоножка.

Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --

Как я уже говорил, ноги всех этих животных работают как пружины —

they're bouncing along as they move. And you can see that

их движение — это прыжки, посмотрите.

in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.

Вот бежит краб-привидение с пляжей Панамы и Северной Каролины.

It goes up to four meters per second when it runs.

Развивает скорость до четырёх метров в секунду, когда разгонится.

It actually leaps into the air, and has aerial phases

В действительности он подпрыгивает и пролетает какое-то расстояние в воздухе.

when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.

Посмотрите, как лошадь несётся.

What we discovered is whether you look at the leg of a human

Мы обнаружили, что неважно, рассматриваем ли мы ногу человека,

like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,

таракана, краба или кенгуру —

the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.

у всех, рассмотренных на сегодня пружин, относительная жёсткость одна и та же.

Now, what good are springy legs then? What can they do?

Какие же плюсы дают ноги-пружины, в чём их особенность?

Well, we wanted to see if they allowed the animals

Мы собирались для начала выяснить

to have greater stability and maneuverability.

обеспечивают ли они животным большую манёвренность и устойчивость.

So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height

Для этого мы построили полигон, на котором были установлены препятствия высотой в три бедра

of the animals that we're looking at.

животных, которых мы исследовали.

And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.

Мы были уверены, что им не удастся пройти эту полосу препятствий. Но вот посмотрите, что произошло.

The animal ran over it and it didn't even slow down!

Животное пробегает этот полигон даже не сбрасывая скорости.

It didn't decrease its preferred speed at all.

Оно легко движется с той скоростью, с которой хочет.

We couldn't believe that it could do this. It said to us

Мы не верили своим глазам. То, что мы увидели, натолкнуло нас на мысль,

that if you could build a robot with very simple, springy legs,

что если создать робота с даже очень простыми ногами-пружинами,

you could make it as maneuverable as any that's ever been built.

он будет гораздо манёвренней, чем все роботы, которые когда-либо создавлись ранее.

Here's the first example of that. This is the Stanford

Вот первый пример такого подхода. По Стэнфордской технологии

Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.

«Производство форм-носителей» был создан робот «Ползун» (Sprawl).

It has six legs -- there are the tuned, springy legs.

У него шесть ног — слаженно работающие ноги-пружины.

It moves in a gait that an insect uses, and here it is

Он движется так же, как движутся насекомые.

going on the treadmill. Now, what's important about this robot,

Посмотрите, как он проходит беговую дорожку. Отличительной чертой этого робота является то,

compared to other robots, is that it can't see anything,

что он ничего не видит,

it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver

ничего не чувствует, не имеет мозга и несмотря на это —

over these obstacles without any difficulty whatsoever.

он может с лёгкостью преодолевать все эти препятствия.

It's this technique of building the properties into the form.

Это и есть технология закладывания качеств в форму.

This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --

Это выпускник университета. Вот что он делает со своим дипломным проектом.

very robust, if a graduate student

Очень вынослив — даже когда студент

does that to his thesis project.

вытворяет такое со своим проектом.

(Laughter)

(Смех в зале)

This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,

А вот этот робот из университета МакГилл и Мичиганского университета. Это «Шестиног» (RHex).

making its first outing in a demo.

Впервые отправляется на тест-драйв.

(Laughter)

(Смех в зале)

Same principle: it only has six moving parts,

Принцип движения у него тот же. Просто у него шесть движущихся элементов.

six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.

И шесть моторов. Синхронно работающие пружинящие ноги. Движется так же, как насекомые.

It has the middle leg moving in synchrony with the front,

Средняя нога движется синхронно с передней и задней ногами с другой стороны.

and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,

Своеобразная попеременная тренога.

and they can negotiate obstacles just like the animal.

И эти роботы могут справлятся с препятствиями так же, как это делают животные.

(Laughter)

(Смех в зале)

(Voice: Oh my God.)

Голос из зала: «Ох ты ж!»

(Applause)

(Аплодисменты)

Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --

Он может передвигаться по разным поверхностям. По песку, например.

although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.

Мы ещё не доработали конструкцию ног окончательно, но об этом я расскужу вам позже.

Here's RHex entering the woods.

«Шестиног» отправляется в лес.

(Laughter)

(Смех в зале)

Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,

Как и «Ползун», этот робот ничего не видит и ничего не чувствует.

it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,

У него нет мозга. Это просто хорошо отлаженная механическая система,

with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.

которая собрана из очень простых частей, но основана на фундаментальном принципе биомеханики животного.

(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.

Голос из зала: «Я его обожаю, Боб.» Роберт Фул: «Вот он идёт по тропинке.»

I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said

Я делал его презентацию в лаборатории ракетных двигателей НАСА.

that they had no ability to go down craters to look for ice,

Они сказали, что они не могут пока спускаться в кратеры, чтобы посмотреть есть ли там лёд

and life, ultimately, on Mars. And he said --

и определить есть ли жизнь на Марсе в конце-концов. И особенно

especially with legged-robots, because they're way too complicated.

это трудно сделать с помощью шагающих роботов, из-за их слишком сложной конструкции.

Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video

И ни какие роботы не смогут. Затем выступил я. Показал им это видео

with the simple design of RHex here. And just to convince them

с просто устроенным «Шестиногом». Чтобы окончательно убедить их,

we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange

что на Марс можно лететь уже в 2011, я подкрасил видео в оранжевый тон,

just to give them the sense of being on Mars.

просто чтоб создать эффект присутствия на Марсе.

(Laughter)

(Смех в зале)

(Applause)

(Аплодисменты)

Another reason why animals have extraordinary performance,

Ещё одна причина, по которой животные так устойчивы и манёвренны в движении

and can go anywhere, is because they have an effective interaction

и могут передвигаться по самым разным поверхностям, состоит в том,

with the environment. The animal I'm going to show you,

что у них прекрасное сцепление с поверхностью.

that we studied to look at this, is the gecko.

Сейчас я покажу вам геккона. Именно его мы изучали.

We have one here and notice its position. It's holding on.

Обратите внимание, как он держится.

Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.

А сейчас я хочу вас проверить. Я покажу вам одно видео.

One of the animals is going to be running on the level,

На нём один из гекконов будет бежать по горизонтальной поверхности,

and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?

а другой будет бежать вверх по стене. Попробуйте определить кто из них?

They're going at a meter a second. How many think the one on the left

Они бегут со скоростью метр в секунду. Кто думает, что тот, который слева,

is running up the wall?

бежит по стене?

(Applause)

(Аплодисменты)

Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,

Трудно отличить, правда? Это невероятно.

we looked at students do this and they couldn't tell.

Мы задавали тот же вопрос студентам, и они тоже не смогли ответить.

They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,

Геккон бежит по стене со скоростью метр в секунду. Пятнадцать шагов в секунду.

and they look like they're running on the level. How do they do this?

Но выглядит это так, как будто он бежит по земле. Как ему это удаётся?

It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.

Это поразительно. Тот, которого вы видите справа взбегал по склону холма.

How do they do this? They have bizarre toes. They have toes

Как они это делают? У них удивительно устроенные пальцы.

that uncurl like party favors when you blow them out,

Они разворачиваются как праздничные свистелки, когда в них дуют,

and then peel off the surface, like tape.

а затем создают с поверхностью сцепление, как клейкая лента.

Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.

Если бы мы имели полоску клейкой ленты и сначала лепили её на стену, а потом отрывали,

They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired

Мы бы делали то же самое, что геккон делает за счёт своих пальцев. Это просто невероятно.

iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.

Мы работаем с компанией iRobot над созданием «механических гекконов» (Mecho-Geckos).

Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.

Вот модель с ногами, вот на гусеничном ходу. А вот бульдозер.

Let's see some of the geckos move with some video,

Давайте посмотрим, как двигаются гекконы на видео.

and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.

А потом посмотрим короткое видео про роботов.

Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,

Вот геккон бежит по вертикальной поверхности в реальном времени.

in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.

Вот опять. Очевидно, что нужно замедлить запись немного.

You can't use regular cameras.

Обычная камера здесь не подойдёт.

You have to take 1,000 pictures per second to see this.

Чтобы рассмотреть то, что нас интересует, нужно снимать 1000 кадров в секунду.

And here's some video at 1,000 frames per second.

Вот тоже самое видео снятое с такой частотой кадров.

Now, I want you to look at the animal's back.

Обратите внимание на его спину.

Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --

Видите, насколько она гнётся? Мы не можем понять, как это возможно.

that's an unsolved mystery. We don't know how it works.

Это пока неразрешённая загадка. Мы не знаем каков механизм этого.

If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,

Если у вас есть сын или дочь, которые хотели бы пойти в Беркли —

come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley

отправляйте их ко мне лабораторию, может вместе мы разберёмся. Ладно. На самом деле они нужны мне в Беркли

because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.

вот для этого. Внимание — беговая дорожка для гекконов!

(Laughter)

(Смех в зале)

It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,

Это прозрачная беговая дорожка, с прозрачным движущимся полотном.

so we can watch the animal's feet, and videotape them

Таким образом мы можем видеть стопы животного и снимать их на видео

through the treadmill belt, to see how they move.

сквозь полотно дорожки, для того, чтобы пронаблюдать, как они движутся.

Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.

Вот он бежит по вертикальной дорожке.

Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing.

Посмотрите на его ногу. На пальцы посмотрите. Видите, что он делает?

See it uncurl and then peel these toes.

Сначала он разгибает пальцы, а затем отрывает их.

It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.

И делает он это за 14 миллисекунд. Невероятно!

Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.

Вот роботы, к созданию которых нас подтолкнули наблюдения за гекконами — «МехоГекко» компании iRobot.

First we'll see the animals toes peeling -- look at that.

Посмотрите как животные отрывают кончики пальцев.

And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.

А вот как это работает у «МехоГекко».

It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.

Робот использует чувствительный к давлению клейкий материал.

Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --

И робот и геккон выполняют одно и то же действие —

that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,

взбираются по плоской отвесной поверхности.

transition to a wall, and then go onto a ceiling.

Переходят со стены на потолок.

There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.

А вот бульдозерная версия. В ней не используется чувствительный к давлению клеящий материал.

The animal does not use that.

Которым, кстати, не пользуются и животные.

But that's what we're limited to, at the moment.

Но это всё, что мы смогли создать на настоящий момент.

What does the animal do? The animal has weird toes.

Так как же всё-таки взбираются по отвесным поверхностям животные? Всё дело в устройстве их пальцев.

And if you look at the toes, they have these little leaves there,

Если вы присмотритесь к ним, то сможете различить маленькие листообразные образования.

and if you blow them up and zoom in, you'll see

Если увеличить изображение,

that's there's little striations in these leaves.

то можно будет увидеть тонкие бороздки, покрывающие эти «листья».

And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.

Если увеличить картинку ещё в 270 раз, то становится видно, что всё это вместе похоже на коврик.

And if you blow that up, and zoom in 900 times,

Если увеличить ещё в 900 раз,

you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,

то можно увидеть микроволоски, очень тонкие, и если вы присмотритесь ещё внимательней,

those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,

то увидите, что и на волосках есть бороздки. А если увеличить ещё в 30 000 раз,

you'll see each hair has split ends.

то станет видно, что каждый волоск имеет разделённый кончик.

And if you blow those up, they have these little structures on the end.

Если увеличить и это, то вы увидите ещё более мелкие структуры этого кончика.

The smallest branch of the hairs looks like spatulae,

Мельчайшие ответвления волосков выглядят как лопатки.

and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,

И у обычного геккона есть миллиард этих разделённых нано-кончиков,

to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --

которые обеспецивают ему очень хороший контакт с поверхностью. Взять диаметр вашего волоса —

a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.

у геккона таких 2 миллиона и у каждого веник из 100 — 1000 разделённых кончиков.

Think of the contact of that that's possible.

Представьте, какова при этом сила сцепления с поверхностью.

We were fortunate to work with another group

Нам посчастливилось работать с ещё одной группой в Стэнфорде.

at Stanford that built us a special manned sensor,

Они создали специальный управляемый сенсор,

that we were able to measure the force of an individual hair.

с помощью которого стало возможно измерить силу каждого отдельного волоска.

Here's an individual hair with a little split end there.

Вот как этот с разветвлённым кончиком.

When we measured the forces, they were enormous.

Когда мы измерили эту силу, она оказалась огромна.

They were so large that a patch of hairs about this size --

Пучок волос примерно такого размера,

the gecko's foot could support the weight of a small child,

т.е. нога геккона, грубо говоря, может с лёгкостью удерживать на весу маленького ребёнка!

about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?

А это примерно 20 килограмм. Как же это возможно?

We've recently discovered this. Do they do it by friction?

Недавно мы поняли как. Думаете, это сила трения?

No, force is too low. Do they do it by electrostatics?

Нет. Сила трения в данном случае слишком слаба. Электростатика?

No, you can change the charge -- they still hold on.

Нет. Можно изменить заряд, а сцепление с поверхностью никуда не денется.

Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.

Может они цепляются, как застёжки-липучки? Такие как на одежде и обуви.

No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.

И снова нет. Геккон бежит даже по молекулярно ровной поверхности.

How about suction? They stick on in a vacuum.

Может их ноги работают как присоски? Нет. Они бегут по стене и в вакууме.

How about wet adhesion? Or capillary adhesion?

Гидростатика? Капиллярные силы? Нет.

They don't have any glue, and they even stick under water just fine.

У гекконов нет какого-либо клея; они отлично цепляются и под водой.

If you put their foot under water, they grab on.

Мы пробовали помещать их ноги под воду — они карабкаются.

How do they do it then? Believe it or not, they grab on

Как же всё-таки это им удаётся? Хотите верьте, хотите нет —

by intermolecular forces, by Van der Waals forces.

они карабкаются за счёт сил межмолекулярного взаимодействия, за счёт Ван-дер-ваальсовых сил.

You know, you probably had this a long time ago in chemistry,

Вспомните, когда-то вы проходили это по химии.

where you had these two atoms, they're close together,

Есть два находящихся близко друг к другу атома.

and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient

Вокруг вращаются электроны. И этой силы притяжения достаточно,

to allow them to do that because it's added up so many times

чтобы гекконы могли карабкаться по отвесной стене, потому что эта сила прилагается очень много раз —

with these small structures.

вспомните те микроструктуры на конце волосков.

What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,

Вдохновлённые ими,

and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.

мы попробовали их воссоздать с моим коллегой из Беркли.

And just recently we've made a breakthrough, where we now believe

Совсем недавно мы совершили в этом направлении прорыв,

we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,

скоро мы создадим первый синтетический, самоочищающийся, сухой клейкий материал.

dry adhesive. Many companies are interested in this.

Многие компании уже интересуются им.

(Laughter)

(Смех в зале)

We also presented to Nike even.

Мы даже дали знать Nike.

(Laughter)

(Смех в зале)

(Applause)

(Аплодисменты)

We'll see where this goes. We were so excited about this

Посмотрим к чему приведут нас эти открытия. Нас обрадовало то, что мы обнаружили.

that we realized that that small-size scale --

Мы поняли, что в микромире

and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --

всё притягивается и слипается, и гравитация больше не играет роли.

we needed to look at ants and their feet, because

Теперь нам нужно посмотреть на муравьёв и их ноги, потому что

one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone

ещё один мой коллега в Беркли собрал шести-миллиметрового силиконового

robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.

робота с ногами. Но он залипает. Он не может нормально передвигаться.

But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately

Но муравьи же как-то могут! И мы поймём как. В конце концов,

we'll make this move. And imagine: you're going to be able

мы заставим его передвигаться. И представьте — у нас будет

to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.

рой шести-миллиметровых роботов, способных бегать вокруг по делам.

Where's this going? I think you can see it already.

К чему это приведёт? Вы уже можете догадаться.

Clearly, the Internet is already having eyes and ears,

У Интернета уже есть глаза и уши.

you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.

Веб-камеры и подобное. Но скоро у него появятся ещё и руки и ноги.

You're going to be able to do programmable

Вы сможете выполнять программируемые задачи

work through these kinds of robots, so that you can run,

посредством таких роботов так, что вы сможете бегать,

fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.

летать и плавать где угодно. Мы уже наблюдаем за такими разработками у Дэвида Келли с его рыбой.

So, in conclusion, I think the message is clear.

И в заключение, полагаю, вывод ясен.

If you need a message, if nature's not enough, if you care about

Если же вывод необходим, то он в следующем: кроме исследования природы

search and rescue, or mine clearance, or medicine,

можно использовать роботов в поисково-спасательных операциях, разминировании, медицине

or the various things we're working on, we must preserve

и многих других областях. Если мы хотим этого достичь — мы должны сохранить

nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.

созданное природой, иначе её секреты будут утеряны навсегда.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

Аплодисменты