Robert Full: învăţând de la coada gecko-ului

Lăsaţi-mă să împărtăşesc cu voi astăzi o descoperire originală. Dar vreau să v-o spun, aşa cum s-a întâmplat de fapt. Nu aşa cum o prezint într-o întrunire ştiinţifică, sau aşa cum aţi citi-o într-o lucrare ştiinţifică. Este o poveste despre ce e dincolo de biomimetica, către ceva ce eu numesc biomutualism. Definesc asta ca o asociere între biologie şi o altă disciplină. Unde fiecare disciplină, în mod reciproc, o împinge pe cealaltă, dar unde descoperirile colective care apar sunt dincolo de orice singur domeniu. Acum, în termeni de biomimetică, cum tehnologiile umane preiau mai mult din caracteristicile naturii, natura devine un profesor mult mai util. Ingineria poate fi inspirată de biologie folosind principiile şi analogiile ei când sunt avantajoase. Dar apoi integrând asta cu cea mai bună inginerie umană, în cele din urmă, să facă de fapt ceva mai bun ca natura.

Acum, fiind biolog, eram foarte curios de... asta. Acestea sunt degete de gecko. Şi ne-am întrebat cum folosesc ei aceste degete bizare pentru a urca un zid atât de repede. Am descoperit-o. Şi ce am găsit era că au structuri ca frunza pe degetele lor, cu milioane de peri mititei, care arată ca un covor. Şi fiecare din aceşti peri are cel mai rău caz de vârfuri-despicate posibil, aproximativ 100 până la 1000 de vârfuri-despicate, care sunt de dimensiuni nanometrice. Un individ are 2 miliarde de astfel de vârfuri-despicate nano-dimensionate. Nu se prind prin scai (Velcro) sau sucţiune sau lipici. De fapt se prind doar prin forţe intermoleculare, forţe van der Waals. Şi sunt foarte mulţumit să vă prezint astăzi că primul adeziv uscat, sintetic, ce se curăţă singur a fost realizat. De la cea mai simplă versiune în natură, o direcţie, colaboratorul meu inginer, Ron Fearing, la Berkeley, a făcut prima versiune sintetică. Şi aşa a făcut şi celălalt incredibil colaborator al meu Mark Cutkosky, la Stanford. A făcut peri mult mai mari decât cei de gecko dar a folosit aceleaşi principii generale.

Şi iată primul lui test. (Hohote de râs) Acela este Kellar Autumn, fostul meu student de la doctorat, profesor acum la Lewis and Clark, literalmente renunţând la primul său copil născut pentru acest test. (Hohote de râs)

Mai recent..., asta s-a întâmplat.

Cineva: Asta e prima dată când cineva chiar s-a căţărat cu el.

Narator: Lynn Verinsky, o căţărătoare profesionistă, care a părut să fie plină de încredere.

Lynn Verinsky: Sincer, o să fie perfect sigur. Va fi perfect sigur.

Cineva: De unde ştii?

Lynn Verinsky: Din cauza asigurării de răspundere civilă.

Nrator: Cu o saltea dedesubt şi prinsă de o frânghie de siguranţă, Lynn a început ascensiunea ei de 60 de picioare (aprox. 18 m). Lynn a reuşit să ajungă-n vârf într-o perfectă alăturare a Hollywood-ului şi a ştiinţei.

Cineva: Deci eşti primul om care imită în mod oficial un gecko.

Lynn Verinsky: Ha! Uau. Şi ce mai privilegiu a fost ăsta.

Robert Full: Asta e ceea ce a făcut ea pe suprafeţe rugoase. Dar de fapt a folosit astea pe suprafeţe netede, două dintre ele, pentru a se căţăra şi a se trage în sus. Şi puteţi încerca asta în hol, şi vă puteţi uita la materialul inspirat de gecko. Acum, problema cu roboţii care fac asta e că ei nu pot să se desprindă, de material. Aceasta este soluţia gecko-ului. Ei de fapt îşi decojesc degetele de pe suprafaţă, la viteze mari, pe măsură ce aleargă pe zid în sus.

Păi, sunt foarte încântat astăzi să vă arăt cea mai nouă versiune a unui robot, Stickybot, folosind un nou adeziv ierarhic uscat. Aici e robotul însuşi. Şi aici e ceea ce face. Şi dacă vă uitaţi, puteţi vedea că foloseşte decojirea degetelor, chiar cum face gecko-ul. Dacă putem arăta o parte din clip, puteţi să-l vedeţi căţărându-se pe zid. (Aplauze) Iată-l. Şi acum poate merge pe alte suprafeţe datorită noului adeziv, pe care grupul de la Stanford a fost în stare să-l facă, proiectând acest robot incredibil. (Aplauze)

A, un lucru pe care vreau să-l evidenţiez este..., uitaţi-vă la Stickybot. Vedeţi ceva pe el. Nu e doar ca să arate ca un gecko. Are o coadă. Şi tocmai când crezi că ai dibuit natura, acest tip de lucru se întâmplă. Inginerii ne-au spus, legat de roboţii căţărători, că dacă nu au o coadă ei cad de pe zid. Deci, ce au făcut a fost să ne pună o întrebare importantă. Au spus, "Păi..., arată oarecum a coadă." Chiar dacă punem o vergea inertă acolo. "Îşi folosesc animalele cozile când se caţără pe ziduri?" Ceea ce făceau a fost să ne întoarcă favoarea, dându-ne o ipoteză s-o testăm în biologie, la care nu ne-am fi gândit.

Aşa că desigur, în realitate, atunci am fost panicaţi, fiind biologii, şi ar trebui să ştim asta deja. Am spus, "Păi..., ce fac cozile?" Păi..., ştim că cozile stocheză grăsime, de exemplu. Ştim că... te poţi prinde de lucruri cu ele. Şi probabil este cel mai bine cunoscut că oferă echilibru static. (Hohote de râs) Poate, de asemenea, acţiona ca un contrabalans. Aşa că priviţi acest cangur. Vedeţi coada aceea? Este incredibil! Marc Raibert a construit un Uniroo - robot ţopăitor. Şi era instabil, fără coada sa. Acum, de cele mai multe ori cozile limitează manevrabilitatea. Ca acest om în interiorul acestui costum de dinozaur. (Hohote de râs) Colegii mei chiar au continuat să testeze această limitare, crescând momentul de inerţie al unui student, deci au avut o coadă, şi alergându-i printr-o cursă de obstacole, şi au găsit o descreştere a performanţei. Aşa cum ai prezice. (Hohote de râs) Dar desigur, aceasta este o coadă pasivă. Şi poţi de asemenea avea cozi active.

Şi când m-am întors să cercetez asta, am realizat că la unul dintre marile momente TED din trecut, de la Nathan, am vorbit despre o coadă activă.

Video: Myhrvold crede că dinozaurii care produc zgomote cu coada erau interesanţi de dragoste, nu de război.

Robert Full: A vorbit despre coadă ca fiind un bici pentru comunicare. Poate fi de asemenea folosit pentru apărare. Destul de puternic. Aşa că apoi ne-am întors şi ne-am uitat la animal. Şi l-am alergat în sus pe o suprafaţă. Dar de data asta, ce am făcut e: am pus un dispozitiv alunecos pe care îl vedeţi în galben acolo. Şi priviţi în dreapta, ce face animalul cu coada lui când alunecă. Ăsta e încetinit de 10 ori. Aşa că, aici e viteza normală. Şi priviţi-l acum alunecând, şi vedeţi ce face cu coada lui. Are o coadă activă care funcţionează ca un al cincilea picior şi contribuie la stabilitate. Dacă-l faci să alunece... o mare distanţă, asta e ceea ce am descoperit. Asta e incredibil. Inginerii au avut o ideea cu adevărat bună.

Şi apoi bineînţeles, ne-am întrebat, okay, au o coadă activă, dar să-i vizualizăm. Se caţără pe un perete... sau pe un copac. Şi ajung în vârf şi să spunem că sunt ceva frunze acolo. Şi ce s-ar întâmpla dacă s-au căţărat pe dosul acelei frunzei şi a fost ceva vânt sau... am scuturat-o? Şi deci, am făcut acel experiment, pe care-l vedeţi aici. (Aplauze) Şi asta e ceea ce am descoperit. Acum, asta e în timp real. Nu puteţi vedea nimic. Dar iată-l încetinit.

Ce am descoperit a fost cel mai rapid răspuns de redresare în aer din lume. Pentru cei dintre voi care îşi amintesc fizica, acela e un răspuns de redresare cu moment cinetic zero. Dar, e ca o pisică. Ştiţi voi, pisici căzând. Pisicile fac asta. Îşi răsucesc corpurile. Dar gecko-urile o fac mai bine. Şi ei o fac cu coada lor. Deci, ei o fac cu această coadă activă pe măsură ce se răsucesc. Şi apoi, ei întotdeauna aterizează într-o postură de tipul Superman sau skydiving. Okay, acum ne-am întrebat: dacă aveam dreptate, ar trebui să fim în stare să testăm asta într-un model fizic, într-un robot.

Deci, pentru TED, chiar am construit un robot, acolo, un prototip, cu coadă. Şi vom încerca primul răspuns de redresare în aer într-o coadă, cu un robot. Dacă am putea avea luminile pe el. Okay, începe. Şi arătaţi clipul. Iată-l Şi funcţionează chiar la fel cum o face în animal. Daci, tot ce ai nevoie e o zvârlire de coadă pentru a te redresa. (Aplauze)

Acum, desigur, eram bineînţeles speraţi pentru ca animalul nu are nici o adaptare de planare, aşa că ne-am gândit, "A, asta-i OK. Îl vom pune într-un tunel verical aerodinamic. Vom sufla aerul în sus, îi vom da o ţintă de aterizare, un trunchi de copac, chiar în afara incintei de plexiglas şi vedem ce face." (Hohote de râs) Aşa am făcut. Şi aici e ce face. Deci, vântul vine de jos. Ăsta este încetinit de 10 ori. Face o planare în echilibru. Foarte controlată. Asta e oarecum incredibil. Dar, de fapt, e foarte frumos când îi faci o poză. Şi e mai bine decât atât, manevrează... tocmai în slide-ul ăsta, manevrează în aer. Şi felul în care o face, e: îşi ia coada şi o azvârle într-o parte să facă stânga, şi o azvârle în partea cealaltă să cârmească dreapta. Deci poate să manevreze în felul acesta. Şi apoi -- a trebui să filmăm asta de câteva ori pentru a o crede -- face şi asta. Priviţi asta. Îşi oscilează coada în sus şi în jos ca un delfin. Poate de fapt să înoate prin aer. Dar priviţi-i picioarele din faţă. Puteţi vedea ce fac? Ce înseamnă asta pentru originea zborului prin bătăi? Poate că a evoluat coborând din copaci şi încercând să controleze o planare. Rămâneţi pe frecvenţă pentru asta. (Hohote de râs)

Aşa că apoi ne-am întrebat, "Chiar pot manevra cu asta?" Aşa că, aici este ţinta de aterizare. Pot ei cârmi spre ea cu aceste abilităţi? Aici este în tunelul aerodinamic şi în mod cert aşa pare. O puteţi vedea chiar mai bine de jos în sus. Priviţi animalul. Categoric mişcându-se spre locul de aterizare. Priviţi biciul cozii sale pe măsură ce o face. Uitaţi-vă la asta. Este incredibil.

Aşa că acum eram chiar confuzi. Deoarece nu există atestări cu el planând. Aşa că am făcut "O, Doamne, trebuie să mergem pe teren şi să vedem dacă face într-adevăr asta." Complet diferit de felul în care ai vedea-o într-un film despre natură, desigur. Ne-am întrebat: "Chiar planează în natură?" Păi, am fost în pădurile din Singapore şi Asia de Sud-Est. Şi următorul clip pe care-l vedeţi... este pentru prima dată când arătăm asta...

acesta este clipul real, ne-regizat, un film de cercetare real al animalului care planează în jos -- este o linie roşie de traiectorie. Uitaţi-vă la sfârşit să vedeţi animalul. Dar, apoi, pe măsură ce se apropie de copac, priviţi detaliul de prim-plan şi vedeţi dacă-l puteţi vedea aterizând. Aşa că iată-l cum coboară. E un gecko la capătul acelei linii a traiectoriei. Îl vedeţi acolo? Acolo? Priviţi-l coborând. Acum, priviţi acolo sus şi puteţi vedea aterizarea. L-aţi văzut nimerind? Chiar îşi foloseşte şi coada. Aşa cum am văzut în laborator.

Deci, acum putem continua acest mutualism sugerând că pot să facă o coadă activă. Şi aici este prima coadă activă, în robot, facută de Boston Dynamics. Aşa că pentru a concluziona, cred că trebuie să construim biomutualisme, aşa cum am arătat, ce vor spori ritmul descoperirilor de bază, în aplicarea lor. Însă, pentru a face asta, trebuie să reproiectăm educaţia într-un mod major, pentru a echilibra specializarea cu comunicarea interdisciplinară. Şi să antrenăm oameni în mod explicit... cum să contribuie la şi să beneficieze de la alte discipline. Şi, desigur, aveţi nevoie de organisme şi de mediu pentru a o face. Asta e, dacă vă pasă de securitate, căutare şi salvare sau sănătate, trebuie să conservăm design-urile naturii, altfel aceste secrete vor fi pierdute pentru totdeauna. Şi din ceea ce am auzit de la noul nostru preşedinte, sunt foarte optimist. Mulţumesc. (Aplauze)