Robert Full: Leren van de staart van de gekko

Ik wil vandaag een oorspronkelijke ontdekking met jullie delen. Maar ik wil het jullie vertellen zoals het echt gebeurde, niet zoals ik het op een vergadering van wetenschappers vertel, of zoals je het in een wetenschappelijk artikel zou lezen. Het is een verhaal over wat verder gaat dan biomimetisme, iets dat ik biomutualisme noem. Dat definieer ik als een associatie tussen biologie en een ander vak. Waarbij elk vak het andere vooruithelpt, maar waarbij de gezamenlijke ontdekkingen verder gaan dan één veld. Voor biomimetisme geldt dat naarmate menselijke technologie meer en meer kenmerken van de natuur overneemt, de natuur een nuttiger lesgever wordt. Ingenieurs kunnen zich door de biologie laten inspireren, door haar principes en analogieën te gebruiken als ze voordelig zijn. Door dat te integreren met het beste van de menselijke ingenieurskunst, maken ze uiteindelijk iets dat beter is dan de natuur.

Ik ben bioloog, en dus was ik hier erg nieuwsgierig naar. Dit zijn gekkotenen. We vroegen ons af hoe ze deze bizarre tenen gebruiken om zo snel een muur op te klimmen. We ontdekten het. We ontdekten dat ze bladachtige structuren op hun tenen hebben, met miljoenen kleine haartjes die er als een tapijt uitzien; Elk van die haartjes heeft een onmogelijk aantal gesplitste eindjes, 100 tot 1.000, van nano-grootte. Elk individu heeft 2 miljard van deze nano-gesplitste eindjes. Ze kleven niet als klitteband of door aanzuiging of lijm. Ze kleven louter door intermoleculaire krachten, van der Waalskrachten. Ik ben echt trots om jullie vandaag te melden dat de eerste synthetische zelfreinigende droge lijm klaar is. Uit de eenvoudigste versie in de natuur, één tak, heeft mijn medewerker-ingenieur Ron Fearing in Berkely de eerste synthetische versie gemaakt. Mijn andere ongelooflijke medewerker, Mark Cutkosky, deed hetzelfde in Stanford. Hij heeft veel langere haren dan die van de gekko gemaakt, maar hij gebruikte dezelfde principes.

Dit was de eerste test. (Gelach) Dat is Kellar Autumn, mijn voormalige doctoraatsstudent, die nu doceert aan Lewis and Clark, en die letterlijk zijn eerstgeborene opgaf voor deze test. (Gelach)

Recenter gebeurde er dit.

Man: Dit is de eerste keer dat iemand er echt mee geklommen heeft.

Verteller: Lynn Verinsky, professioneel klimster, die leek te blaken van vertrouwen.

Lynn Verinsky: Eerlijk waar, het zal volkomen veilig zijn.

Man: Hoe weet je dat?

Lynn Verinsky: Omwille van de aansprakelijkheidsverzekering.

Verteller: Met een matras op de grond en een veiligheidskoord begon Lynn aan haar klim van 18 meter. Lynn bereikte de top met een perfecte combinatie van Hollywood en wetenschap.

Man: Je bent nu officieel de eerste mens die de gekko evenaart.

Lynn Verinsky: Ha! Het was me een waar voorrecht.

Robert Full: Dat deed ze op een ruw oppervlak. Maar ze gebruikte deze op een glad oppervlak, twee ervan, om te klimmen en zich op te trekken. Je kan dit uitproberen in de lobby, waar je het gekko-geïnspireerd materiaal kan bekijken. Het probleem met de robots die dit doen, is dat ze zich niet kunnen losmaken van het materiaal. Dit is de oplossing van de gekko. Ze pellen hun tenen van het oppervlak af, zeer snel, terwijl ze de muur oprennen.

Ik vind het spannend om jullie vandaag de nieuwste versie te tonen van een robot, Stickybot, die een nieuwe hiërarchische droge lijm gebruikt. Hier is de robot. Dit kan hij. Als je goed kijkt, zie je dat hij de voet-afpel-methode gebruikt, net als de gekko. Op deze video zie je hem de muur opklimmen. (Applaus) Daar gaat hij. En nu kan hij over andere oppervlakken klimmen omwille van de nieuwe lijm, die de Stanford-groep wist te maken, bij het ontwerpen van deze ongelooflijke robot. (Applaus)

Oh. Een ding dat ik wil aanwijzen, is dit: kijk naar Stickybot. Je ziet er iets op. Het is niet alleen om er als een gekko uit te zien. Het heeft een staart. En net als je denkt dat je de natuur door hebt, gebeurt zoiets. De ingenieurs vertelden ons dat klimrobots van de muur vallen als ze geen staart hebben. Dus stelden ze ons een belangrijke vraag. Ze zeiden: "Nou, het ziet eruit als een staart." Hoewel we daar een passieve staaf hebben. "Gebruiken dieren hun staart als ze muren opklimmen?" Wat ze deden, was ons een tegengunst bewijzen door ons een hypothese te geven om te testen, in de biologie, eentje waar we niet aan gedacht hadden.

In werkelijkheid waren we natuurlijk in paniek, want wij waren de biologen en eigenlijk moesten we dat al weten. Wij zeiden: "Wel, waarvoor dienen staarten?" We weten dat staarten vet opslaan. We weten dat je er dingen mee kan vastgrijpen. En misschien is het meest bekend dat ze dienen voor het statisch evenwicht. (Gelach) Het kan ook fungeren als een tegenwicht. Hou deze kangoeroe in de gaten. Zie je die staart? Dat is ongelooflijk! Marc Raibert bouwde een Uniroo springrobot. Hij was instabiel zonder zijn staart. Staarten beperken meestal de wendbaarheid. Net als deze mens in een dinopak. (Gelach) Mijn collega's testten deze beperking verder, door het traagheidsmoment van een student te verhogen. Ze gaven hem een staart en lieten hem een hindernisparcours afleggen. Ze stelden een prestatieverlaging vast. Zoals je al kon voorspellen. (Gelach) Maar dit is natuurlijk een passieve staart. Er zijn ook ook actieve staarten.

Toen ik dit onderzoek opnieuw bekeek, realiseerde ik me een van de grote TED-momenten uit het verleden, van Nathan, waarbij we over een actieve staart spraken.

Video: Myhrvold denkt dat dinosaurussen met zwiepende staarten geïnteresseerd waren in de liefde, niet in oorlog.

Robert Full: Hij sprak over de staart als zweep voor de communicatie. Hij kan ook worden gebruikt bij de verdediging. Nogal krachtig. Dus we gingen opnieuw naar het dier kijken. En we deden het een oppervlak oplopen. Maar deze keer zetten we er een glad stuk tussen dat je daar in het geel ziet. Let op, rechts, wat het dier doet met zijn staart als het slipt. Dit is 10 keer vertraagd. Hier is de normale snelheid. Kijk hem nu slippen, en kijk wat hij doet met zijn staart. Hij heeft een actieve staart die functioneert als een vijfde been. En die bijdraagt tot de stabiliteit. Als je hem erg doet slippen, dan ontdekten we dit. Dat is ongelooflijk. De ingenieurs hadden een heel goed idee.

En dan natuurlijk vroegen we ons af, oké, ze hebben een actieve staart, maar laten we ze bekijken. Ze klimmen op een muur of een boom. Ze bereiken de top en laten we zeggen dat er daar bladeren zijn. Wat zou er gebeuren als ze op de onderzijde van dat blad klommen en er wat wind stond of als we ze zouden schudden? We deden het experiment, dat je hier ziet. (Applaus) Dit is wat we ontdekten. Dat is real time. Je kan niets zien. Maar daar is het vertraagd.

Wat we ontdekten was 's werelds snelste correctiebeweging in de lucht. Voor degenen onder jullie die zich hun natuurkunde herinneren, dat is een nuldraaimoment correctiebeweging. Zoals bij een kat. Je weet wel, katten vallen. Katten doen dit. Ze draaien hun lichaam. Maar gekko's doen het beter. En ze doen het met hun staart. Dus ze doen het met deze actieve staart, terwijl ze ronddraaien. Ze landen altijd in het soort houding van superman die skydivet. Oké, nu vroegen we ons af, als we gelijk hadden, moesten we in staat zijn om dit te testen in een fysiek model, in een robot.

Dus hebben we voor TED een robot gebouwd, daar, een prototype, met staart. We gaan proberen om de eerste correctiebeweging in de lucht te doen met een staart, bij een robot. Kan de spot erop worden gezet? Oké, daar gaat hij. Toon de video. Hier is het. En het werkt net als bij het dier. Dus alles wat je nodig hebt is een zwaai van de staart om je te corrigeren. (Applaus)

Natuurlijk waren we bang omdat het dier geen glijvlucht-aanpassingen heeft, dus dachten we: "Geen probleem. We zetten hem in een verticale windtunnel. We blazen lucht, geven hem een landingsdoel, een boomstam, net buiten de plexi-glasbehuizing, en kijken wat hij doet. (Gelach) Dus dat deden we. Dit is het resultaat. De wind komt van de bodem. Dit is 10 keer vertraagd. Hij doet een evenwichtsglijbeurt. Zeer gecontroleerd. Dit is ongelooflijk. Maar eigenlijk is het heel mooi, als je er een foto van neemt. Het is beter dan dat, net binnen de foto, manoeuvres in de lucht. Hoe hij het doet? Hij zwaait zijn staart om naar links te gieren, en dan naar rechts. Zo kunnen we manoeuvreren. En dan - we moesten dit meerdere keren filmen om het te geloven - doet hij ook dit. Kijk goed. Hij laat zijn staart op en neer zwaaien als een dolfijn. Hij kan eigenlijk door de lucht zwemmen. Kijk naar zijn voorpoten. Kun je zien wat ze doen? Wat betekent dat voor de herkomst van de fladderende vlucht? Misschien heeft die zich ontwikkeld uit de afdaling uit de bomen, en pogingen om een ​​glijvlucht te controleren. Blijf kijken! (Gelach)

Dus toen vroegen we ons af: "Kunnen ze hiermee eigenlijk manoeuvreren?" Daar is het landingsdoel. Kunnen ze daarheen sturen met deze mogelijkheden? Hier is hij in de wind-tunnel. Het ziet er alvast naar uit. Je ziet het nog beter van de boven naar beneden. Hou het dier in de gaten. Hij beweegt in de richting van het landingsdoel. Bekijk de zweepslag van zijn staart terwijl hij dat doet. Kijk eens aan. Het is ongelooflijk.

Dus nu waren we echt in de war. Omdat er geen meldingen waren van het zweefvliegen. Wij dus: "Hemel, we moeten het bos in om te zien of hij dit echt doet. " Net het omgekeerde van een natuurfilm. We vroegen ons af: "Zweven ze echt in de natuur?" We trokken naar de bossen van Singapore en Zuidoost-Azië. En de volgende video is de eerste keer dat we dit laten zien.

Dit is de echte video, niet geënsceneerd, een echte onderzoeksvideo, van een dier dat naar beneden glijdt - een rode lijn markeert het traject. Kijk naar het einde om het dier te zien. Maar dan, als het dichter bij de boom komt, kijk dan naar de close-up. Probeer hem te zien landen. Dus daar komt hij neer. Er is een gekko aan het einde van de trajectmarkering. Zie je hem daar? Kijk hoe hij naar beneden komt. Kijk nu daarboven. Daar zie je de landing. Zie je hoe hij slaat? Hij gebruikt ook zijn staart. Net zoals we zagen in het lab.

Dus nu kunnen we dit mutualisme verderzetten door te suggereren dat ze een actieve staart maken. En hier is de eerste actieve staart, in de robot, gemaakt door Boston Dynamics. Conclusie: ik denk dat we biomutualismen moeten bouwen, zoals ik ze liet zien, die het tempo van de fundamentele ontdekking zullen versnellen, in hun toepassing. Maar om dit te doen, moeten we het onderwijs grondig hervormen om een evenwicht te bereiken tussen diepgang en interdisciplinaire communicatie. We moeten mensen expliciet trainen om bij te dragen aan, en te profiteren van andere disciplines. En natuurlijk heb je de organismen nodig en het milieu om het te doen. Of je je bezighoudt met beveiliging, opsporing en redding, of gezondheid, we moeten behouden wat de natuur ontwerpt, anders zullen deze geheimen voor altijd verloren gaan. Wat ik hoorde van onze nieuwe president, stemt me erg optimistisch. Dank u. (Applaus)