Robert Full: Lærdom fra gekko'ens hale

Lad mig dele en original opdagelse med jer i dag. Men jeg vil fortælle det på den måde det faktisk skete. Og ikke på den måde jeg præsenter det på et videnskabeligt møde, eller den måde I læser om det i videnskabelige artikler. Det er en historie der går videre end bioefterligning til noget jeg kalder biogensidighed. Jeg definerer det som en sammenhæng mellem biologi og en anden disciplin. Hvor hver disciplin gensidigt fremmer den anden, men hvor de samlede opdagelser der viser sig er overlegen noget enkelt speciale. Nuvel, angående bioefterligning, når menneskets teknologier får flere af naturens karakteristika, bliver naturen en meget mere brugbar lærer. Biologien kan inspirere til at lave maskiner ved at tage principper og analogier i brug når de er fordelagtige. Men at integrere det med de bedste menneskeskabte ting, men ultimativt at skabe noget, der faktisk er bedre end naturen.

Da jeg er biolog, var jeg meget nysgerrig om dette. Dette er gekkoens tæer. Og vi undrede os over hvordan de bruger disse bizarre tæer til at klatre så hurtigt op af en væg. Vi fandt ud af det. Og det vi fandt var, at de havde blad-lignende strukturer på deres tæer, med millioner af bitte små hår, der ligner et tæppe. Og hvert af disse hår har den værste type splittet hår man kan tænke sig, omkring 100 til 1000 opdelinger af hvert hår, som er i nano-størrelse. Og hvert individ har 2 milliarder af disse opdelte hår i nano-størrelse De klæber ikke som velcro, sugning eller lim. De klæber faktisk med inter-molekylære kræfter alene. van der Waals kræfter. Og jeg er meget glad at kunne fortælle jer i dag, at den første syntetiske selvrensende, tørre klæbemiddel er blevet lavet. Fra den simpleste form i naturen, en gren deraf, mine ingeniør-samarbejdspart, Ron Fearing fra Berkely, har lavet den første syntetiske version. Og det har min anden utrolige samarbejdspartner også, Mark Cutkosky fra Standford. Han lavede langt større hår end gekkoens, men brugte de samme generelle principper.

Og her er den første test. (Latter) Det er Kellar Autumn, min første PhD student, nu professor på Lewis and Clark, som bogstaveligt talt giver sin førstefødte barn til denne test. (latter)

For nyligt skete dette.

Mand: Dette er første gang nogen har klatret med det.

fortæller: Lynn Verinsky, en professionel klaterer, som så ud til at flyde over med selvtillid.

Lynn Verinsky: Ærligt talt, det her bliver helt sikkert. Det vil være helt sikkert.

Mand: Hvordan ved du det?

Lynn Verinsky: På grund af min selvrisiko.

Fortæller: Med en madras nedenunder og forbundet til et sikkerhedstov, påbegyndte Lynn hendes 20 meters opstigning. Lynn klarede det til toppen i en perfekt parring mellem Hollywood og videnskab.

Mand: Så, du er det første menneske, der officielt har efterlignet en gekko.

Lynn Verinsky: Ha! Wow. Og sikke et privilegie det har været.

Robert Full: Det er hvad hun klarede på en ru overflade. Men hun brugte faktisk disse på en glat overflade, to af dem, til at klatre op, og trække hende selv med op. Og I kan prøve dette i lobbyen, og se på de gekko-inspirerede materialer. Nå, men problemet med robotter, der gør det er, at de ikke kan komme fri igen, med dette materiale. Dette er gekkoens løsning. De skræller faktisk deres tæer væk fra overfladen i et højt tempo, når de løber op af væggen.

Men jeg er faktisk meget spændt på at vise jer den nyeste version af en robot, Stickybot, der et nyt hierarkisk tørt klæbemiddel. Og her er selve robotten. Og her er det den gør. Og hvis i kigger efter, kan I se at den bruger, tå-skrælningen ligesom gekkoen gør. Hvis vi kan vise noget af videoen, i kan se den klatre op af væggen. (Klapsalver) Der kommer det. Og nu kan den fortsætte på andre overflader på grund af det nye klæbemiddel, som gruppen fra Standford var i stand til at lave, da de designede denne utrolige robot. (Klapsalver)

Oh. En ting jeg vil påpege er, se på stickybot. Kan I se noget på den. Det er ikke bare for at få den til at ligne en gekko. Den har en hale. Lige når du tror du har luret naturen, så sker den slags ting. Ingeniørerne forklarede os om de klatrende robotter, at hvis den ikke havde en hale, så faldt den ned af væggen. så det de gjorde var, at stille os et vigtigt spørgsmål. De sagde, "Nå, det ligner lidt en hale." Selvom vi bare satte en passiv barre på. "behøver dyrene deres haler når de klatrer op af vægge?" Det de gjorde var at returnere tjenesten, ved at give os en hypotese at teste, i biologien, som vi ikke ville have tænkt på.

Men selvfølgelig, i virkeligheden gik vi i panik, som biologer burde vi vide det allerede. Vi sagde, "Nå, hvad gør haler?" Vi ved at haler for eksempel opbevarer fedtlag. Vi ved at man kan gribe fat om ting med dem. Og måske det mest kendte, at de giver statisk balance. (Latter) De kan også virke som modvægt. Se denne kænguru. Se halen? Det er utroligt! Marc Raibert byggede en Uniroo hoppende robot. Og den var ustabil uden dens hale. De fleste haler begrænser manøvrebarheden. Som dette menneske i en dinosaur-dragt. (Latter) Mine kolleger gik faktisk ud og testede denne begrænsning, ved at øge passiviteten på en studerende, så de havde en hale, og fik dem til at løbe igennem en forhindringsbane, og fandt en nedsat ydelse. Som forventet. (Latter) Men dette er selvfølgelig en passiv hale. Og man kan også have aktive haler.

Og da jeg gik i gang med at undersøge dette, gik det op for mig at en af de store TED moments fra tidligere, fra Nathan, hvor vi talte om en aktiv hale.

Video: Myhrvold tror at hale-piskende dinosaurer var interesseret i kærlighed og ikke krig.

Robert Full: Han talte om at halen var en pisk til kommunikation. Den kan også bruges i forsvar. Meget kraftfuldt. Så vi gik hjem og kiggede på dyret. Og vi sendte den op af en overflade. Men denne gang lavede vi et glat område som I kan se i gult her. Se i højre side hvad dyret gør med sin hale når den mister grebet. Dette gjort 10 gange langsommere. Og her er det i normal hastighed. Og se den miste grebet, og se hvad den gør med halen. Den har en aktiv hale, der fungerer som et femte ben. Og det bidrager til stabilitet. Hvis man kan få den til at meste grebet rigtigt meget, så er dette hvad vi opdagede. Det er utroligt. Ingeniørerne havde en rigtig god ide.

Og se blev vi selvfølgelig forundrede Okay, de har en aktiv hale, men lad os nu se, De klatrer op af en væg eller et træ. Og så når de toppen, og lad os sige at der er nogle blade der. Og hvad ville der ske hvis de klatrede på undersiden af det blad, og der var noget vind, eller vi rystede det? Vi lavede det eksperiment, og I ser det her. (Klapsalver) Og dette er hvad vi opdagede. Dette er korrekt hastighed. I kan ikke se noget. Men her er det langsommere.

Det vi opdagede var verdens hurtigste luft-genopretnings bevægelse.. For de af jer, som husker jeres fysik, dette er et negativ-vinkels-moment opretnings bevægelse. Men det er som en kat. I ved, katte falder. Katte gør det her. De drejer deres krop. Men gekkoer gør det bedre, Og de gør det med deres hale. Sa, de gør det med denne aktive hale når de svinger den rundt. Og så lander de altid i en slags superman flyve position. Okay, nu spekulerede vi på om vi havde ret, for så skulle vi kunne teste dette i en fysisk model, i en robot.

Så til TED byggede vi en robot, der ovre, en prototype med en hale. Og vi vil forsøge den førte luft-genopretnings bevægelse med en hale, med en robot. Hvis vi kan få tændt lyset. Okay, nu sker det. Og vis videoen. Der er det. Og det fungere ligesom det gør hos dyret. Så alt I behøver er et sving med halen for at rette op på jer selv. (Klapsalver)

Nu ville vi naturlig vis være skræmte for dyret har ingen flyve egenskaber, så vi tænkte, "Nå det er helt i orden. Vi sætter den ind i en lodret vindtunnel. Vi blæser luften opad, og vi giver den et landingssted, en træstamme lige udenfor aflukket af plexiglas, og så ser vi hvad den gør. (Latter) Så det gjorde vi. Og her er hvad den gør. Vinden kommer neden fra. Dette er 10 gange nedsat hastighed. Den laver en ligevægts svævning. Ganske kontrolleret. Dette er lidt utroligt. Men faktisk ganske smukt, når man tager et billede af det. Og det er bedre end det, mens den svæver, manøvrere den i luften. Og måden den gør det, er at den tager sin hale og svinger den en vej for at dreje til venstre, og den svinger den anden vej for at dreje til højre. Så vi kan manøvrere på denne måde. Og så -- vi var nødt til at filme det flere gange for at tro på det -- Så gør den også dette. Se her. Den svinger halen op og ned som en delfin. Den kan faktisk svømme igennem luften. Men se dens forben. Kan I se hvad de gør? Hvad betyder det for oprindelsen flappende flyvning? Måske er det udviklet fra at kunne komme ned fra træerne, og et forsøg på en kontrolleret svævning. Bliv på kanalen for det. (Latter)

Så var det vi spekulerede på, "Kan de egentligt manøvrer med dette?" Så der er landingspladsen. Kunne de styre mod det med disse evner? Her er det i vindtunnelen. Det ser i hvert fald sådan ud. I kan de det endnu bedre fra oven. Se dyret. Det bevæger sig helt sikkert mod landingspladsen. Se slaget med dens hale når den gør det. Se det. Det er utroligt.

Så nu var vi virkelig forvirrede, for der er ingen rapporter om at den kan svæve. Så vi sagde, "Hold da op, vi er nødt til at skulle ud i marken for at se om den faktisk gør det." Fuldstændigt modsat af den måde man ser det i naturfilm, selvfølgelig. Vi undrede os, "Svæver de egentligt i naturen?" Nå, men vi tog ud i skovene i Singapore og Sydøstasien. Og i den næste video ser i den første gang vi viser det.

Dette er den ægte optagelse, ikke opsat, en rigtigt forskningsvideo, af et dyr, der svæver ned -- der er en rød sporings linje. Kig til slut for at se dyret. Når den nærmer sig træet, se nærbilledet. Og se om I kan se den lande? Så der kom det ned. Der er en gekko for enden af linjen. Kan I se den der? Der? Se den falde ned. Nu kig oppe der hvor I kan se landingen. Så I den ramme? Den bruger faktisk også dens hale. Ligesom vi så det i laboratoriet.

Så nu kan vi fortsætte denne gensidighed ved at foreslå at den kan lave en aktiv hale. Og her er den første aktive hale på en robot lavet af Boston Dynamics. Så for at konkludere. Jeg tror vi er nødt til at bygge biogensidighed, og som jeg viste så det vil øge hastigheden for basale opdagelser og deres ibrugtagen. For at gøre der er det nødvendigt at re-designe uddannelse på en omfattende vis, for at balancere indhold med tværfaglig kommunikation. Og målrettet uddanne folk i at bidrage til og drage nytte fra andre discipliner. Og selvfølgelig har vi brug for organismerne og miljøet for at gøre det. Det vil sige, uanset om I bekymrer jer om sikkerhed, eftersøgning og redning eller sundhed så må vi beskytte naturens design, ellers vil disse hemmeligheder være tabt for evigt. Og det jeg har hørt fra vores nye præsident, er jeg meget optimistisk. Tak skal I have. (Klapsalver)