الهام گرفتن از دم مارمولک

اجازه بدهید امروز یک کشف اصیل را با شما در میان بگذارم. اما می خواهم آن را همان طور که اتفاق افتاد برای شما نقل کنم -- و نه به صورتی که آن را در یک جلسه ی علمی ارائه می کنم، یا به صورتی که آن را در یک مقاله ی علمی می خوانید. این کار من چیزی فرا تر از تقلید مکانیکی حرکات حیوانات است، بلکه چیزی است که من به آن شبیه سازی مکانیکی موجودات زنده می گویم. من آن را به عنوان ارتباط میان زیست شناسی و یک اصل دیگر تعریف کردم، که هر کدام از این اصول به طور متقابل باعث پیشرفت دیگری می شوند، اما جایی که اکتشافات از محدوده ی هر زمینه ای از دانش فراتر می روند. از دیدگاه تقلید مکانیکی حرکات حیوانات، هر قدر که تکنولوژی های بشر خواص بیشتری از طبیعت را می آموزد، طبیعت استاد مفید تری برای او می شود. مهندسی با استفاده از برخی اصول و مقایسه های زیست شناسی، می تواند از آن الهام های سودمندی بگیرد، اما با ترکیب آن با دانش برجسته ترین مهندسان، نهایتاً چیزی به دست می آید که از طبیعت به مراتب بهتر است. من، به عنوان یک زیست شناس، در مورد موضوعی بسیار کنجکاو بودم. آن موضوع انگشتان مارمولک ها بود. ما می خواستیم بدانیم آن ها چگونه از این انگشتان عجیب و غریب استفاده می کنند تا از یک دیوار این قدر سریع بالا بروند. و بالأخره فهمیدیم. ما فهمیدیم که آن ها در انگشتان خود، ساختار های برگی شکلی دارند، که مثل فرش میلیون ها موی کوچک روی آن وجود دارد، و هر کدام از آن مو ها به چندین شاخه ی دیگر منتهی می شوند: هر کدام 100 تا 1000 شعبه دارند که در ابعاد نانومتری هستند. و هر کدام از آن ها به 2 میلیارد موی نانومتری منتهی می شوند. آن ها به صورت چسبی (قلاب و حلقه) یا مکشی یا حاوی چسب نیستند. آن ها تنها توسط نیرو های بین ملکولی به دیوار می چسبند، نیرو های واندروالسی. و من مفتخرم که امروز به شما اعلام کنم اولین چسب خشک غیر قابل آلودگی شبیه سازی شده ساخته شده است. از روی ساده ترین نمونه ی آن در طبیعت، و تنها از روی یک نمونه، همکار مهندسی من، رون فیرینگ، از دانشگاه برکلی، اولین نمونه ی شبیه سازی شده ی آن را ساخته بود. و همکار بی نظیر دیگر من، مارک کاتکوسکی، از دانشگاه استنفورد -- او مو هایی طراحی کرد که خیلی بزرگ تر از مو های پا های مارمولک بودند، اما طبق همان ساختار و اصول بودند. و این اولین آزمایش او بود. (خنده ی حاضرین) او کلار آتِمن است، دانشجوی دکترای سابق من، که الآن در دانشگاه لوئیس و کلارک تدریس می کند، می توان گفت که فرزند بزرگترش را در راه این آزمایش گذاشت. (خنده ی حاضرین) آین آزمایش، اخیراً انجام شد. مرد: این اولین باری است که کسی با این وسیله از دیوار بالا می رود. راوی: لین ورینسکی، یک صخره نورد حرفه ای، که سرشار از اعتماد به نفس است. لین ورینسکی: صادقانه بگویم، این کار کاملاً بی خطر است. کاملاً ایمن است. مرد: از کجا می دانی؟ لین ورینسکی: چون بیمه شده ام. (خنده ی حاضرین) راوی: در پایین او یک تشک مرتجع قرار دادیم و به او یک طناب ایمنی وصل کردیم، و لین صعود 60 پاییش را شروع کرد. لین به بالای دیوار رسید، و هم زمان در علم و هالیوود به شهرت رسید. مرد: تو اولین انسانی هستی که به طور رسمی از نحوه ی بالا رفتن مارمولک ها تقلید کرده است. لین ورینسکی: جداً؟ وای! چه افتخار بزرگی! رابرت فول: او این کار را بر روی یک سطح زبر انجام داد. اما او آن ها را روی سطوح صاف هم امتحان کرد -- دو عدد از این صفحه ها، تا خودش را بالا بکشد و بالا برود. و شما می توانید بعد از سخنرانی این وسیله را درون لابی ساختمان امتحان کنید، و به این اختراع الهام گرفته شده از مارمولک نگاهی بیندازید. اما مشکلی در این روبات ها وجود داشت، که وقتی دستان خود را به دیوار می چسباندند، دیگر نمی توانستند خود را از سطح جدا کنند. اما مطالعه ی مارمولک ها توانست این معما را حل کنند، وقتی که آن ها با سرعت از دیوار بالا می روند، انگشتانشان با سرعت از روی سطح ور می آیند. من بسیار خوشوقتم که امروز جدید ترین نمونه ی یک روبات، استیکی بوت را (روبات چسبنده)، که با استفاده از یک چسب خشک جدید مرحله ای ساخته شده است، برای شما به نمایش در آورم. این نمونه ی اصلی است و این طور کار می کند. و اگر با دقت نگاه کنید، می توانید ببینید، که انگشت های این روبات، از روی سطح ور می آید، دقیقاً مثل یک مارمولک. و اگر ما بتوانیم به شما بخشی از این ویدئو را نشان دهیم، می توانید ببینید که این وسیله از دیوار بالا می رود. (تشویق حاضرین) خودشه. و حالا این وسیله می تواند با استفاده از این چسب جدید، که گروه استنفورد توانسته است آن را برای این روبات خارق العاده طراحی کند، از سایر سطوح نیز بالا برود. (تشویق حاضرین) آه. چیز دیگری که باید به آن اشاره کنم این است که، به استیکی بوت نگاه کنید. می توانید ببینید که تجهیزاتی بر روی آن قرار دارند. این ها تنها برای این نیستند که شبیه مارمولک بشود. این روبات یک دم دارد. دقیقاً وقتی که شما فکر می کنید به حکمت طبیعت پی برده اید، متوجه چیز جدیدی در مورد آن می شوید. مهندسان به ما گفتند، روبات هایی که از یک سطح بالا می روند، اگر دم نداشته باشند، سقوط خواهند کرد. آن ها سؤال مهمی از ما پرسیدند. آن ها سؤال مهمی از ما پرسیدند. آن ها گفتند،"خب، این شبیه یک دم است." اگرچه ما یک میله ی غیر متحرک را آن جا کار گذاشتیم. "آیا حیوانات از دم هایشان برای بالا رفتن از دیوار استفاده می کنند؟" آن ها با دادن فرضیه ای برای آزمایش به ما، لطف بزرگی در حق ما انجام دادند. در زمینه ی زیست شناسی که ما در آن بودیم، این آزمایش حتی به فکرمان هم نمی رسید البته، در حقیقت، ما به عنوان زیست شناس، کمی دستپاچه شدیم، چون ما باید جواب این سؤال را می دانستیم. ما گفتیم، "خب، دم ها چه وظیفه ای دارند؟" به طور مثال، ما می دانیم که دم ها چربی ذخیره می کنند. ما می دانیم که حیوانات می توانند با آن ها چیز هایی را بگیرند. و شاید معروف ترین وظیفه ی آن ها این است که به برقراری تعادل استاتیکی کمک می کنند. (خنده ی حاضرین) (Geico، شرکت بیمه ی خودرو در آمریکا) اما این دم می تواند برای بر هم زدن تعادل هم استفاده شود. به این کانگورو نگاه کنید. دمش را می بینید؟ خارق العاده است! مارک رایبرت یک روبات جهنده به نام یونیرو اختراع کرده است. و این روبات بدون دم نامتعادل بود. اما دم ها غالباً توانایی انجام مانور جانور را محدود می کنند. مثل این انسان داخل این لباس دایناسوری. (خنده ی حاضرین) همکاران من، با افزایش گشتاور ایستایی یک دانشجو، این محدودیت را امتحان کردند، آن ها به او یک دم وصل کردند و او را مجبور کردند از میان یک سری موانع پیچ در پیچ عبور کند، تا همان طور که حدس زده اید، بفهمند تا چه حد از قدرت انجام مانور او کاهش پیدا می کند. (خنده ی حاضرین) اما البته، این یک دم غیر متحرک است. ولی شما می توانید یک دم متحرک کار بگذارید. و وقتی من مجدداً این را بررسی کردم، فهمیدم که در یکی از فوق العاده ترین لحظات TED در گذشته، در سخنرانی ناتان، ما درباره ی یک دم متحرک صحبت کرده ایم. ویدئو: به نظر میروولد دایناسور هایی که می توانستند دم خود را به اطراف بچرخانند، بیشتر صلح طلب بودند، تا جنگ جو. رابرت فول: او در این باره صحبت کرد که دم، شلاقی برای برقراری ارتباط بوده است. اما کاربرد های دفاعی هم داشته است. واقعاً قدرتمند است. اجازه بدهید به مورد مارمولک برگردیم. ما گذاشتیم که مارمولک روی یک سطح بدود. اما این بار یک سطح لیز را در مسیر او قرار دادیم، که با رنگ زرد مشخص شده است. و در ویدئوی سمت راست می توانید ببینید که وقتی مارمولک می لغزد، با دمش چه کار می کند. این ویدئو 10 بار آهسته تر نمایش داده می شود. این سرعت طبیعی است. و حالا او را زمان لغزیدن ببینید، و ببینید که با دمش چه کار می کند. او یک دم متحرک دارد که از آن به عنوان پای پنجمش استفاده می کند، و از آن جهت بهبود بخشیدن به ثبات خود استفاده می کند. اگر او بیش از اندازه سر بخورد، چنین چیزی را خواهید دید. فوق العاده است. مهندسین فکر واقعاً جالبی کردند. و البته بعد از آن ما با خودمان فکر کردیم، خیلی خب، آن ها یک دم فعال دارند، اما اجازه بدهید تصور کنیم، آن ها از یک دیوار، یا درخت بالا می روند. و به بالای آن می رسند و شاید مقداری برگ آن جا باشد. اگر آن ها از زیر آن برگ در حال راه رفتن باشند، و باد محکمی بوزد، یا ما آن شاخه را تکان دهیم، چه اتفاقی می افتد؟ پس ما آزمایشی را که می بینید، انجام دادیم. (تشویق حاضرین) و این چیزی بود که ما به آن رسیدیم. این ویدئو با سرعت اصلی است. شما نمی توانید تشخیص دهید. اما این ویدئو آهسته شده است. چیزی که ما دیدیم، سریع ترین واکنش تصحیح موقعیت هوایی در جهان بود. اگر کسی چیزی از فیزیک دانشگاه یادش مانده باشد، این یک واکنش تصحیح موقعیت با تکانه ی دورانی صفر می باشد. اما این کار مارمولک مثل گربه است. می دانید، وقتی که گربه ها می افتند، همین کار را انجام می دهند. آن ها بدنشان را می چرخانند. اما مارمولک ها این کار را بهتر انجام می دهند. آن ها این کار را با دمشان انجام می دهند. آن ها وقتی که در هوا می چرخند، این کار را با دم فعال انجام می دهند. و در نتیجه همیشه مثل وضعیت سوپرمن موقع پرواز به زمین می رسند. خب، ما با خودمان گفتیم، اگر نظریات ما درست باشند، ما باید بتوانیم این نظریات را در یک قالب فیزیکی، و بر روی یک روبات آزمایش کنیم. بنابراین ما برای این مراسم TED یک روبات ساختیم، یک نمونه، با دم، که در آن جا قرار دارد. و می خواهیم اولین واکنش تصحیح موقعیت هوایی به کمک دم را، با استفاده از این روبات به شما نشان دهیم. اگر می شود نور پروژکتور ها را روی آن بیندازید. خیلی خب، بیندازش. لطفاً کلیپ را نشان دهید. ببینید. این روبات این کار را دقیقاً مانند مارمولک انجام می دهد. تمام کاری که باید انجام شود این است که روبات باید دمش را تاب دهد تا موقعیت خود را تصحیح کند. (تشویق حاضرین) خب، البته، ما می ترسیدیم این کار را بکنیم، چون مارمولک به سر خوردن عادت ندارد، بنابراین ما با خودمان گفتیم، "مشکلی نیست. ما او را در یک تونل هوای عمودی قرار می دهیم. جریان هوا را برقرار می کنیم، جایی را برای فرود آمدن او مشخص می کنیم، مثل تنه ی یک درخت، اما خارج از محفظه ی از جنس پلاستیک فشرده، و ببینید این مارمولک چه کار می کند. (خنده ی حاضرین) ما همین کار را کردیم، و ببینید چه کار می کند. باد از سمت پایین به او می وزید. این ویدئو 10 مرتبه آهسته تر شده است. این یک سر خوردن در حال تعادل است. کاملاً تحت کنترل. این خارق العاده است. و البته اگر عکسی از آن بگیرید، واقعاً زیبا می شود. و جالب تر از آن این است که -- همان طور که در اسلاید می بینید -- مارمولک معلق در هوا، شروع به انجام دادن مانور می کند. و او این گونه این کار را انجام می دهد که، دمش را به یک طرف تاب می دهد تا به سمت چپ پرتاب شود، و به سمت دیگر تاب می دهد تا به سمت راست پرتاب شود. پس ما می توانیم این گونه مانور بدهیم. و بعد -- ما مجبور بودیم چند بار از این واکنش فیلم بگیریم تا آن را باور کنیم -- این مارمولک هم همین کار را انجام می دهد. نگاه کنید. او مانند یک دلفین دمش را به سمت بالا و پایین به نوسان در می آورد. به عبارت دیگر می تواند درون هوا شنا کند. اما به پا های جلویی او نگاه کنید. آیا می توانید ببینید آن ها چه کاری انجام می دهند؟ آیا آن ها اولین موجوداتی بودند که با موج دادن به بدن خود پرواز می کردند؟ شاید این توانایی با گذر زمان از پایین آمدن از درخت ها، و تلاش برای کنترل سر خوردنشان روی هوا به دست آمده است. و هنوز ادامه دارد. (خنده ی حاضرین) بعد ما از خودمان پرسیدیم، "آیا آن ها قابلیت های بیشتری در این حرکت دارند؟" پس یک منطقه ی فرود را مشخص کردیم. آیا آن ها می توانستند با این توانایی های گسترده خودشان را در این مسیر هدایت کنند؟ ما آن را در تونل هوا قرار دادیم. و او این گونه عمل کرد. شما در تصویری که از پایین گرفته شده حتی بهتر می توانید ببینید. به حیوان نگاه کنید. دقیقاً به سمت منطقه ی فرود حرکت می کند. به ضربه ی شلاقی دمش نگاه کنید. ببینید. باورکردنی نیست. ما واقعاً هاج و واج بودیم، چون واقعاً نشنیده بودیم مارمولک ها بتوانند پرواز کنند. پس ما گفتیم، "خدایا، ما باید به طبیعت برویم، و ببینیم آیا آن ها واقعاً می توانند پرواز کنند؟" دقیقاً برعکس چیزی که شما در یک فیلم ساخته شده در طبیعت می بینید. ما با خودمان گفتیم، "آیا آن ها واقعاً در طبیعت بر روی هوا سر می خورند؟" پس ما به جنگل های سنگاپور و آسیای جنوب شرقی رفتیم. و ویدئوی بعدی که می بینید، برای اولین بار در این جا پخش می شود. این فیلم کاملاً واقعی است -- به هیج عنوان در استودیو ساخته نشده است، و یک فیلم تحقیقاتی حقیقی است -- که در آن مارمولک در هوا به سمت پایین سر می خورد. یک خط منحنی قرمز وجود دارد. به انتهای خط نگاه کنید تا مارمولک را ببینید. اما هر قدر مارمولک به درخت نزدیک تر می شود، به تصویر زوم شده دقت کنید، ببینید آیا می توانید فرود آمدن آن را ببینید. در این جا پایین می آید. در انتهای آن خط منحنی یک مارمولک وجود دارد. آن را می بینید؟ می بینید؟ دارد پایین می آید. حالا ببینید که مارمولک دارد فرود می آید. برخورد آن را دیدید؟ او هم از دمش استفاده می کند، دقیقاً همان طور که در آزمایشگاه دیدیم. حالا ما می توانیم از این الهام گیری از ساختار موجودات زنده استفاده کنیم و پیشنهاد کنیم که یک دم فعال بسازند. و این اولین دم فعال ساخته شده برای روبات است، که توسط گروه بوستون داینامیکس ساخته شده است. در آخر برای جمع بندی، من فکر می کنم ما نیاز داریم که ساختار های شبیه سازی شده از روی حیوانات را، همان طور که نشان دادم، بسازیم، تا سرعت کشفیات بنیادین در کاربرد های آن ها بیشتر شود. و برای انجام این کار دشوار، ما باید تحصیلات نسل جدید را به طور اساسی متحول کنیم، تا تعادلی میان ارتباط بین علوم مختلف، و عمق هر کدام از آن ها برقرار شود، و مردم را به طور دقیق آموزش داده شوند که چگونه در این کار سهمی داشته باشند، و از دانش یکدیگر بهره ببرند. و البته شما به موجودات و محیطی برای انجام این کار نیاز دارید. و شما چه از لحاظ امنیت ساختار های صنعتی، امداد و نجات یا کاربرد های درمانی نگاه کنید، ما باید از ساختار های طبیعت محافظت کنیم، وگرنه این راز ها برای همیشه از بین خواهند رفت. و همان طور که رئیس جمهور جدیدمان (اوباما) گفت، من بسیار خوشبینم. ممنونم. (تشویق حاضرین)