Robert Full: Learning from the gecko's tail

Роберт Фулл: Учимся у хвоста геккона

Переводчик: Aliaksandr Autayeu Редактор: Irina Makarova

Let me share with you today an original discovery.

Позвольте сегодня поделиться с вами оригинальным открытием.

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

Я расскажу о нём так, как оно на самом деле происходило.

not the way I present it in a scientific meeting,

На научной встрече, или в научной статье

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

это было бы представлено в другом порядке.

It's a story about beyond biomimetics,

Это история идёт дальше биомиметики

to something I'm calling biomutualism.

к тому, что я называю биомутуализмом.

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

Под ним я понимаю взаимодействие биологии и другой науки,

where each discipline reciprocally advances the other,

ведущее к взаимному их развитию

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

и коллективным открытиям, невозможным ни в одной из составляющих наук.

Now, in terms of biomimetics,

Сегодня, посредством биомиметики,

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

технологии перенимают всё больше природных особенностей,

nature becomes a much more useful teacher.

и природа становится гораздо более полезным учителем.

Engineering can be inspired by biology

Технику можно вдохновить биологией,

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

применяя её принципы и аналогии, когда они полезны.

but then integrating that with the best human engineering,

А затем объединить их с лучшими техническими идеями человека,

ultimately to make something actually better than nature.

чтобы в конце концов превзойти природу.

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

Я биолог, и меня это всегда интересовало.

These are gecko toes.

Вот это пальцы геккона.

And we wondered how they use these bizarre toes

Нас заинтересовало, как же он с помощью столь странных пальцев

to climb up a wall so quickly.

столь быстро взбирается по стене.

We discovered it. And what we found was

И мы нашли ответ. Мы обнаружили,

that they have leaf-like structures on their toes,

что у него есть листоподобные образования на пальцах,

with millions of tiny hairs that look like a rug,

с миллионами тонких щетинок, которые похожи на коврик.

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

Каждая из щетинок сечётся самым страшным образом,

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

имея от ста до тысячи секущихся кончиков нано-размера.

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

У особи примерно 2 миллиарда секущихся кончиков нано-размера.

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

Они не липнут с помощью липучки или присосок или клея.

They actually stick by intermolecular forces alone,

На самом деле их держат только силы межмолекулярного взаимодействия,

van der Waals forces.

силы Ван-дер-Ваальса.

And I'm really pleased to report to you today

Я очень рад сообщить вам сегодня,

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

что была создана первая синтетическая, самоочищающаяся, сухая липучка.

From the simplest version in nature, one branch,

Начиная с простейшей природной версии, одной ветви,

my engineering collaborator, Ron Fearing, at Berkeley,

мой соавтор-инженер, Рон Фиэринг, из Беркли,

had made the first synthetic version.

сконструировал первую искусственную версию.

And so has my other incredible collaborator,

В этом участвовал и другой мой потрясающий соавтор,

Mark Cutkosky, at Stanford --

Марк Кутковски, из Стэнфорда.

he made much larger hairs than the gecko,

Он сделал щетинки больше, чем у геккона,

but used the same general principles.

но использовал те же общие принципы.

And here is its first test.

Вот первая проба.

(Laughter)

(Смех)

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

Это Келлар Отэм, мой бывший аспирант,

professor now at Lewis and Clark,

ныне - профессор в колледже Льюиса и Кларка,

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

буквально жертвует своим первенцем для этого теста.

(Laughter)

(Смех)

More recently, this happened.

А недавно вот что случилось.

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

Мужчина: Впервые человек взобрался, используя это [приспособление].

Narrator: Lynn Verinsky, a professional climber,

Диктор: Линн Верински, профессиональная альпинистка,

who appeared to be brimming with confidence.

кажется, преисполнена уверенности.

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

Линн Верински: Честно говоря, это совсем безопасно. Совсем-совсем безопасно.

Man: How do you know?

Мужчина: Почему вы так думаете?

Lynn Verinsky: Because of liability insurance. (Laughter)

Линн Верински: Потому что я застрахована.

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

Диктор: С матрасом внизу, привязанная к страховочному тросу,

Lynn began her 60-foot ascent.

Линн начинает 20-метровый подъём.

Lynn made it to the top in a perfect pairing

Линн добралась до верха благодаря совершенному сочетанию

of Hollywood and science.

Голливуда и науки.

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

Мужчина: Вы первый человек, официально имитировавший геккона.

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

Линн Верински: Ого! Вот это честь!

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

Роберт Фулл: Она это сделала на неровной поверхности.

But she actually used these on smooth surfaces --

А вот эти были использованы на гладких поверхностях,

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

две штуки, чтобы взобраться, подтягивая себя вверх.

And you can try this in the lobby,

Вы можете попробовать их в холле,

and look at the gecko-inspired material.

и посмотреть на этот материал, вдохновлённый гекконом.

Now the problem with the robots doing this

А вот у роботов тут возникает проблема,

is that they can't get unstuck,

потому что они не могут отклеиться

with the material.

от поверхности.

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

И вот что делает геккон: он буквально отдирает свои пальцы

from the surface, at high rates,

от поверхности, с высокой скоростью,

as they run up the wall.

при взбирании на стену.

Well I'm really excited today to show you

Я необычайно рад представить вам сегодня

the newest version of a robot, Stickybot,

новейшую версию робота, Стикибота,

using a new hierarchical dry adhesive.

использующего новую сухую липучку с иерархической структурой.

Here is the actual robot.

Вот собственно робот.

And here is what it does.

И вот что он делает.

And if you look,

Если присмотреться,

you can see that it uses

можно увидеть,

the toe peeling,

что он отклеивает пальцы

just like the gecko does.

в точности как геккон.

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

Посмотрите на видео, как он взбирается по стене.

(Applause)

(Аплодисменты)

There it is.

Вот как.

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

Он может взбираться и по другим поверхностям, благодаря этой новой липучке,

that the Stanford group was able to do

созданной группой из Стэнфорда

in designing this incredible robot.

при конструировании этого потрясающего робота.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

Ещё одна вещь, которую я хотел бы отметить: взгляните на Стикибота.

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

Видите, что у него есть. Но это сделано не ради подражания геккону.

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

Да, это хвост. Когда думаешь, что разгадал природу,

this kind of thing happens.

случаются вот такие вещи.

The engineers told us, for the climbing robots,

Инженеры сказали, что лазающие роботы

that, if they don't have a tail,

при отсутствии хвоста

they fall off the wall.

падают со стены.

So what they did was they asked us

И задали нам

an important question.

важный вопрос.

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

Они сказали: "Вот это похоже на хвост".

Even though we put a passive bar there.

Хотя мы просто палку повесили.

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

"Используют ли животные свои хвосты, когда они взбираются на стены?"

What they were doing was returning the favor,

Они отблагодарили нас,

by giving us a hypothesis to test,

дав нам гипотезу для проверки,

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

о которой мы бы и не подумали, будучи биологами.

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

Конечно, на самом деле, мы запаниковали,

being the biologists, and we should know this already.

ведь будучи биологами, мы уже должны это знать.

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

Мы сказали: "Ладно, а для чего же нужны хвосты?"

Well we know that tails store fat, for example.

Ну, к примеру, мы знаем, что в них хранится жир.

We know that you can grab onto things with them.

Мы знаем, что ими можно цепляться за что-то.

And perhaps it is most well known

Пожалуй, лучше всего известно,

that they provide static balance.

что они обеспечивают статическое равновесие.

(Laughter)

(Смех)

It can also act as a counterbalance.

Он также может работать как противовес.

So watch this kangaroo.

Посмотрите на этого кенгуру.

See that tail? That's incredible!

Видите хвост? Невероятно!

Marc Raibert built a Uniroo hopping robot.

Марк Рейберт построил прыгающего робота Униру.

And it was unstable without its tail.

Он был неустойчивым без хвоста.

Now mostly tails limit maneuverability,

Большинство хвостов ограничивают маневренность.

like this human inside this dinosaur suit.

Как у этого человека в костюме динозавра.

(Laughter)

(Смех)

My colleagues actually went on to test this limitation,

Мои коллеги решили проверить это ограничение:

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

они увеличили момент инерции студента, прицепив ему хвост,

and running them through and obstacle course,

и попросили его пробежать через полосу препятствий.

and found a decrement in performance,

В результате обнаружилось снижение результатов.

like you'd predict.

Как вы бы и предсказали.

(Laughter)

(Смех)

But of course, this is a passive tail.

Конечно, это ведь пассивный хвост.

And you can also have active tails.

А существуют и активные хвосты.

And when I went back to research this, I realized

Вернувшись к этому исследованию, я вспомнил

that one of the great TED moments in the past,

одно из замечательных выступлений на TED в прошлом,

from Nathan,

от Натана,

we've talked about an active tail.

об активном хвосте.

Video: Myhrvold thinks tail-cracking dinosaurs

Видео: Мирволд считает, что динозавров, щёлкавших хвостами,

were interested in love, not war.

интересовала любовь, а не война.

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

Роберт Фулл: Он говорил о хвосте как о плети для переговоров.

It can also be used in defense.

Он также может быть использован для защиты.

Pretty powerful.

Весьма мощно.

So we then went back and looked at the animal.

Мы решили ещё раз взглянуть на животное.

And we ran it up a surface.

Дали ему пробежаться по поверхности.

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

Однако на этот раз мы добавили скользкий участок,

that you see in yellow there.

который показан желтым.

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

Смотрите справа, что делает животное с хвостом,

when it slips. This is slowed down 10 times.

когда поскальзывается. Это замедлено в 10 раз.

So here is normal speed.

А вот это с нормальной скоростью.

And watch it now slip,

Смотрите, как оно поскальзывается,

and see what it does with its tail.

и смотрите, что оно делает с хвостом.

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

Его хвост активен и работает как пятая нога.

and it contributes to stability.

Он добавляет устойчивости.

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

Если он сильно поскользнётся, то вот что обнаруживается.

This is incredible.

Невероятно.

The engineers had a really good idea.

У наших инженеров была отличная идея.

And then of course we wondered,

Но затем мы подумали:

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

хорошо, хвост у геккона активный, но надо это заснять.

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

Они взбираются по стене или на дерево.

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

Добираются до верха и, допустим, там есть листва.

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

Что случится, если они заберутся на нижнюю сторону листа,

and there was some wind, or we shook it?

и подует ветер или мы его потрясём?

And we did that experiment, that you see here.

Мы провели такой эксперимент, вот смотрите.

(Applause)

(Аплодисменты)

And this is what we discovered.

Вот что мы обнаружили.

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

Это в реальном времени. Ничего не разобрать.

But there it is slowed down.

Это замедленная съемка.

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

Мы обнаружили самое быстрое в мире выравнивание в воздухе.

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

Для тех, кто помнит физику, это выравнивание с нулевым моментом импульса.

righting response. But it's like a cat.

Это как у кота.

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

Коты ведь падают. И они это делают - крутят своё тело.

But geckos do it better.

А гекконы делают это лучше.

And they do it with their tail.

И делают это с помощью хвоста.

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

Они активно крутят хвостом, пока вращаются вокруг себя.

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

И потом всегда приземляются в позе прилетевшего супермена.

Okay, now we wondered, if we were right,

Тогда мы захотели проверить, правы ли мы,

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

на физической модели, на роботе.

So for TED we actually built a robot,

Для TED мы построили робота,

over there, a prototype, with the tail.

вот там, прототип, с хвостом.

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

Мы впервые попробуем выравнивание в воздухе

in a tail, with a robot.

с помощью хвоста на роботе.

If we could have the lights on it.

Осветите его, пожалуйста.

Okay, there it goes.

А вот и он.

And show the video.

И включите видео.

There it is.

Вот он.

And it works just like it does in the animal.

Работает в точности как у животного.

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

Всё что нужно - взмах хвоста, чтобы выровнять себя.

(Applause)

(Аплодисменты)

Now, of course, we were normally frightened

Конечно, мы перепугались,

because the animal has no gliding adaptations,

ведь животные не способны летать,

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

тогда мы решили: "Так, поместим геккона в вертикальную аэродинамическую трубу,

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

пустим воздух снизу вверх, установим прямо за стеклом площадку для приземления,

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

ствол дерева, и посмотрим, что он будет делать.

(Laughter)

(Смех)

So we did. And here is what it does.

Так мы и поступили. И вот что он делает.

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

Ветер дует снизу. Это замедлено в 10 раз.

It does an equilibrium glide. Highly controlled.

Оно осуществляет равновесное планирование. Хорошо контролируемое.

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

Это невероятно. И если сфотографировать, то видно,

when you take a picture of it.

что это очень красиво.

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

Более того, прямо во время скольжения в воздухе он маневрирует.

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

И делает это с помощью хвоста,

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

сгибая его в одну сторону для отклонения влево и в другую - для отклонения вправо.

So we can maneuver this way.

Мы так можем маневрировать.

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

Затем - нам потребовалось снять это несколько раз, чтобы поверить -

it also does this. Watch this.

он делает ещё вот что. Смотрите.

It oscillates its tail up and down like a dolphin.

Он раскачивает свой хвост вверх и вниз, как дельфин.

It can actually swim through the air.

Он буквально плывёт в воздухе.

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

Но посмотрите на передние лапы. Видите, что они делают?

What does that mean for the origin of flapping flight?

Что это означает для происхождения махового полёта?

Maybe it's evolved from coming down from trees,

Может быть, он эволюционировал в попытках спуститься с деревьев

and trying to control a glide.

и контролировать планирование.

Stay tuned for that.

Дальше - больше.

(Laughter)

(Смех)

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

И нам стало интересно: "А может ли он маневрировать?"

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

Вот площадка для приземления. Может ли он приземлиться прямо на неё?

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

Прямо здесь, в аэродинамической трубе?

And it certainly looks like it.

Именно так оно и выглядит.

You can see it even better from down on top.

Снизу вверх видно ещё лучше.

Watch the animal.

Наблюдайте за животным.

Definitely moving towards the landing target.

Определённо движется в сторону площадки для приземления.

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

Смотрите на взмахи хвоста. Смотрите на это.

It's unbelievable.

Немыслимо.

So now we were really confused,

Теперь-то мы действительно запутались.

because there are no reports of it gliding.

Потому что отчетов о планировании гекконов не было.

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

Мы запаниковали: "Надо проверить в полевых условиях,

and see if it actually does this."

действительно ли он это делает".

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

Такого вы точно не увидите в фильмах о природе.

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

Мы задумались: "А действительно ли они планируют в природе?"

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

Мы отправились в леса Сингапура и Юго-восточной Азии.

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

В следующем ролике вы увидите это впервые.

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

Вот настоящий ролик, настоящий исследовательский ролик

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

планирующего животного - вот красная линия траектории.

Look at the end to see the animal.

Смотрите в конец, чтобы увидеть животное.

But then as it gets closer to the tree,

А затем, когда оно приблизится к дереву,

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

смотрите на увеличенный фрагмент. И попробуйте рассмотреть приземление.

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

Вот оно приземляется. Вот геккон в конце линии траектории.

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

Видите его здесь? Здесь? Смотрите, как он спускается.

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

Теперь смотрите сюда, и вы увидите приземление. Видели, как он приземлялся?

It actually uses its tail too,

Он действительно использует хвост.

just like we saw in the lab.

В точности как мы наблюдали в лаборатории.

So now we can continue this mutualism

Теперь вернёмся к мутуализму,

by suggesting that they can make an active tail.

предположив, что можно сделать активный хвост.

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

А вот и первый активный хвост у робота,

made by Boston Dynamics.

сделанного Boston Dynamics.

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

В завершение, я думаю, нам нужно развивать биомутуализмы,

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

которые увеличат скорость базовых открытий при своём применении.

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

Чтобы этого достичь, нам надо коренным образом перестроить образование,

to balance depth with interdisciplinary communication,

сбалансировать глубину изучения с междисциплинарными связями.

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

А также явно учить людей как вносить вклад и извлекать пользу из других дисциплин.

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

И, конечно, нужны живые организмы и окружающая среда.

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

Заботитесь ли вы о безопасности, поиске и спасении, или здравоохранении,

we must preserve nature's designs,

нам нужно сохранить задумки природы,

otherwise these secrets will be lost forever.

иначе эти секреты будут потеряны навсегда.

And from what I heard from our new president,

И я очень оптимистичен по поводу того,

I'm very optimistic. Thank you.

что сказал наш президент. Благодарю.

(Applause)

(Аплодисменты)