TED日本語 - ロバート・フル: 自然界で最も不快な生き物にヒントを得たロボット

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TED日本語 - ロバート・フル: 自然界で最も不快な生き物にヒントを得たロボット

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自然界で最も不快な生き物にヒントを得たロボット
The secrets of nature's grossest creatures, channeled into robots
ロバート・フル
Robert Full

内容

ロボットはいかにすればでこぼこの地面を安定して走ったり、逆さのまま移動したり、空中で体操技をしたり、壁に激突しても壊れずにいることができるのでしょう?ロバート・フルが驚くべきゴキブリの体に目を向け、ロボット工学者がそこから何を学べるか語ります。

Script

Even nature's most disgusting creatures have important secrets, but who would want a swarm of cockroaches coming towards them?

Yet one of the greatest differences between natural and human technologies relates to robustness. Robust systems are stable in complex and new environments. Remarkably, cockroaches can self-stabilize running over rough terrain. When we put a jet pack on them, or give them a perturbation like an earthquake, we discovered that their wonderfully tuned legs allow them to self-stabilize without using any of their brainpower. They can go over complex terrain like grass, no problem, and not get destabilized. We discovered a new behavior where, because of their shape, they actually roll automatically to their side to go through this artificial test bit of grass.

Robust systems can perform multiple tasks with the same structure. Here's a new behavior we've discovered. The animals rapidly invert and disappear in less than 150 milliseconds -- you never see them -- using the same structures that they use to run, their legs. They can run upside down very rapidly on rods, branches and wires, and if you perturb one of those branches, they can do this. They can perform gymnastic maneuvers like no robot we have yet. And they have nearly unlimited maneuverability with that same structure and unprecedented access to a variety of different areas. They have wings for flying when they get warm, but they use those same wings to flip over if they get destabilized. Very effective.

Robust systems are also fault tolerant and fail-safe. This is the foot of a cockroach. It has spines, gluey pads and claws, but if you take off those feet, they can still go over rough terrain, like the bottom video that you see, without hardly slowing down. Extraordinary. They can run up mesh without their feet. Here's an animal using a normal, alternating tripod: three legs,three legs,three legs, but in nature, the insects often have lost their legs. Here's one moving with two middle legs gone. It can even lose three legs, in a tripod, and adopt a new gait, a hopping gait. And I point out that all of these videos are slowed down 20 times, so they're actually really fast, when you see this.

Robust systems are also damage resistant. Here's an animal climbing up a wall. It looks like a rapid, smooth, vertical climb, but when you slow it down, you see something very different. Here's what they do. They intentionally have a head-on collision with the wall so they don't slow down and can transition up it in 75 milliseconds. And they can do this in part because they have extraordinary exoskeletons. And they're really just made up of compliant joints that are tubes and plates connected to one another. Here's a dissection of an abdomen of a cockroach. You see these plates, and you see the compliant membrane.

My engineering colleague at Berkeley designed with his students a novel manufacturing technique where you essentially origami the exoskeleton, you laser cut it, laminate it, and you fold it up into a robot. And you can do that now in less than 15 minutes. These robots, called DASH, for Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod, are highly compliant robots, and they're remarkably robust as a result of these features. They're certainly incredibly damage resistant. (Laughter) They even have some of the behaviors of the cockroaches. So they can use their smart, compliant body to transition up a wall in a very simple way. They even have some of the beginnings of the rapid inversion behavior where they disappear.

Now we want to know why they can go anywhere. We discovered that they can go through three-millimeter gaps, the height of two pennies,two stacked pennies, and when they do this, they can actually run through those confined spaces at high speeds, although you never see it. To understand it better, we did a CT scan of the exoskeleton and showed that they can compress their body by over 40 percent. We put them in a materials testing machine to look at the stress strain analysis and showed that they can withstand forces 800 times their body weight, and after this they can fly and run absolutely normally.

So you never know where curiosity-based research will lead, and someday you may want a swarm of cockroach-inspired robots to come at you. (Laughter)

Thank you.

(Applause)

自然界で最も不快な 生き物にも 大きなヒントが 隠されています 押し寄せる ゴキブリの群れなど 思うだにゾッとするでしょうけど ―

自然物と人工物の 大きな違いは ロバスト性です ロバストなシステムは 複雑な新しい環境でも 安定を保てます ゴキブリは でこぼこの地面を 驚くほど 安定を保って 走り抜けられます ジェットパックを 付けたり 地震のような 震動の中に置いた時でも 絶妙な足並みによって 安定を維持できます 脳みそを使うこともなく 草の上のような複雑な地形でも 問題なし バランスを崩す こともありません 新たに発見した 行動ですが 体の形を生かし 体を自然に傾けて 人工の草の間を すり抜けています

ロバストなシステムは 同じ体の構造を使って 様々なタスクに 対応できます これも新たに発見した 行動ですが 急速に反転して 身を隠しています 150ミリ秒以内です 私たちが見失うわけです 走るのと同じ脚を使って こなしています 竿や枝やワイヤを伝って 逆さのまま 素早く走ることもできます その枝を揺すってやると こんな芸当をします 現在のロボットでは 真似できない 体操技をこなせるのです 同じ体の構造を使って 数限りない 身のこなしができ 様々な異なる状況に 驚くほどよく 対応できます 暖かい時には飛べる 羽を持っていますが 同じ羽を ひっくり返った時に 起き上がるためにも 使います とても効果的です

ロバストなシステムは耐障害性が高く 問題が生じても機能を維持できます これはゴキブリの足で とげや ベタベタした肉球や かぎ爪がありますが この部分を取ってしまっても 下の映像のように でこぼこの地面を 走ることができます スピードもほとんど変わりません 大したものです 足先がなくても 網をよじ登れます これは6本脚での 歩き方ですが 交互に3本ずつ 動かしています しかし自然界では 脚を失うこともあります これは真ん中の2本なしで 移動しています 脚を3本失って 3本脚になっても はねるような新しい歩き方を 身につけます 指摘しておきたいのは 映像はすべて 20倍スロー再生していることで 実際には ものすごく速いんです

ロバストシステムはまた ダメージに対しても強い ゴキブリが壁を 登るところです 一見スムーズに素早く 登り出しているように見えますが スロー再生すると 想像と違っているのが 分かります ゴキブリがどうしているかというと スピードを落とさないために わざと壁に正面からぶつかり 75ミリ秒以内で 方向転換しているのです このようなことができるのも 極めて優れた外骨格を 持っているからです 管や板と それを継ぎ合わせる 柔軟な関節だけで 作られたものです これはゴキブリの腹部を 解剖しているところです 硬い板と柔軟な膜で できているのが分かります

バークレーの工学部にいる同僚が 学生と一緒に 新しい製造技術を 開発しました 外骨格の折り紙とも 言うべきもので レーザーで切り抜き 継ぎ合わせて ロボットを折るのです 15分以内に 組み立てることができます これはDASH ― 動的自律匍匐式6脚ロボットです とても柔軟性があります これらの性質により とても頑丈です ダメージに対して とても強いのです (笑) ゴキブリの動作も いくつかこなせます よくデザインされた 柔軟な体を使って シンプルな方法で 壁に対し上向きに 方向転換できます あの反転して 身を隠す動きすら やってのけます

ゴキブリが どこへでも 入り込めるのは 3ミリの隙間を 通り抜けられるからだと 分かりました 1ペンス硬貨2枚分です しかも この狭い隙間の中を 素早く移動できるんです 実際に目にすることは ないでしょうが もっとよく理解しようと 外骨格をCTスキャンに かけたんですが 体を40%以上 圧縮できることが 示されています 材料試験装置に入れて 応力ひずみ解析したところ ゴキブリは 体重の800倍の 力にも耐えられ この後も 普通に飛んだり 走ったりできました

好奇心に突き動かされた研究が どこに辿り着くか わかりません いつか ゴキブリから ― アイデアを得た ロボットの群れに 来て欲しいと願う時が あるかもしれません (笑)

どうもありがとうございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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