Mark Miskin: This is a rotifer. It's a microorganism about a hair's width in size. They live everywhere on earth -- saltwater, freshwater, everywhere -- and this one is out looking for food.
Mark Miskin: Dit is een raderdier. Het is een micro-organisme zo groot als de breedte van een haar. Ze leven overal op aarde -- zout water, zoet water, overal -- en deze is op zoek naar voedsel.
I remember the first time I saw this thing, I was like eight years old and it completely blew me away. I mean, here is this incredible little creature, it's hunting, swimming, going about its life, but its whole universe fits within a drop of pond water.
De eerste keer dat ik er een zag, was ik acht jaar oud en ik was compleet overdonderd. Het is een zeer klein beestje, hij jaagt en zwemt, hij leeft zijn leven, maar zijn hele universum past in een druppel vijverwater.
Paul McEuen: So this little rotifer shows us something really amazing. It says that you can build a machine that is functional, complex, smart, but all in a tiny little package, one so small that it's impossible to see it.
Paul McEuen: Dit kleine raderdiertje laat ons iets wonderbaarlijks zien. Het laat zien dat je een machine kan bouwen die functioneel, complex en slim is, maar helemaal in een klein pakketje past, zo klein dat ze onmogelijk te zien is.
Now, the engineer in me is just blown away by this thing, that anyone could make such a creature. But right behind that wonder, I have to admit, is a bit of envy. I mean, nature can do it. Why can't we? Why can't we build tiny robots? Well, I'm not the only one to have this idea. In fact, in the last, oh, few years, researchers around the world have taken up the task of trying to build robots that are so small that they can't be seen. And what we're going to tell you about today is an effort at Cornell University and now at the University of Pennsylvania to try to build tiny robots.
De ingenieur in mij staat versteld door dit dingetje, dat iemand zo'n wezen kan maken. Maar achter die verwondering schuilt ook wat jaloezie, dat geef ik toe. Als de natuur het kan, waarom wij dan niet? Waarom kunnen we geen piepkleine robots bouwen? Ik ben niet de enige met dit idee. Sterker nog: in de laatste paar jaar hebben onderzoekers wereldwijd de taak op zich genomen om te proberen robots te bouwen die zo klein zijn dat ze niet gezien kunnen worden. We gaan jullie vandaag vertellen over een poging van de Cornell Universiteit en van de Universiteit van Pennsylvania om piepkleine robots te bouwen.
OK, so that's the goal. But how do we do it? How do we go about building tiny robots? Well, Pablo Picasso, of all people, gives us our first clue. Picasso said --
Dat is dus het doel. Maar hoe gaan we het doen? Hoe gaan we piepkleine robots bouwen? Uitgerekend Pablo Picasso geeft ons onze eerste hint. Picasso zei --
["Good artists copy, great artists steal."]
['Goede kunstenaars kopiëren, geweldige kunstenaars stelen.']
(Laughter)
Goede kunstenaars kopiëren, geweldige kunstenaars stelen.
"Good artists copy. Great artists steal."
(Laughter)
(Gelach)
OK. But steal from what? Well, believe it or not, most of the technology you need to build a tiny robot already exists. The semiconductor industry has been getting better and better at making tinier and tinier devices, so at this point they could put something like a million transistors into the size of a package that is occupied by, say, a single-celled paramecium. And it's not just electronics. They can also build little sensors, LEDs, whole communication packages that are too small to be seen.
Oké. Maar waarvandaan kunnen we stelen? Of je het gelooft of niet, de meeste technologie die nodig is om een piepkleine robot te bouwen bestaat al. De halfgeleiderindustrie is steeds beter en beter geworden in het maken van steeds kleinere apparaten. Op dit moment kunnen ze zo'n miljoen transistors bij elkaar stoppen die niet meer ruimte innemen dan een eencellig pantoffeldiertje. En dit betreft niet alleen elektronica. Ze kunnen ook kleine sensoren maken, LED-lampjes, complete communicatiepakketjes die te klein zijn om te zien.
So that's what we're going to do. We're going to steal that technology.
Dus dat gaan we doen. We gaan die technologie stelen.
Here's a robot.
Hier is een robot.
(Laughter)
(Gelach)
Robot's got two parts, as it turns out. It's got a head, and it's got legs.
De robot heeft blijkbaar twee delen. Hij heeft een hoofd en benen.
[Steal these: Brains]
[Steel deze: hersenen]
(Laughter)
(Gelach)
We're going to call this a legless robot, which may sound exotic, but they're pretty cool all by themselves. In fact, most of you have a legless robot with you right now. Your smartphone is the world's most successful legless robot. In just 15 years, it has taken over the entire planet. And why not? It's such a beautiful little machine. It's incredibly intelligent, it's got great communication skills, and it's all in a package that you can hold in your hand. So we would like to be able to build something like this, only down at the cellular scale, the size of a paramecium.
We gaan dit een beenloze robot noemen, wat misschien exotisch klinkt, maar ze zijn op zichzelf al heel gaaf. De meeste van jullie dragen nu een beenloze robot bij jullie. Je smartphone is 's werelds meest succesvolle beenloze robot. In slechts 15 jaar heeft hij de hele planeet veroverd. En waarom niet? Het is zo'n mooi machientje. Het is extreem intelligent, heeft uitstekende communicatievaardigheden en zit in een verpakking die je in je hand kan houden. We willen net zoiets gaan bouwen, maar dan op de schaal van een cel, ter grootte van een pantoffeldiertje.
And here it is. This is our cell-sized smartphone. It even kind of looks like a smartphone, only it's about 10,000 times smaller. We call it an OWIC.
Dit is het. Dit is onze smartphone ter grootte van een cel. Hij ziet er zelfs uit als een smartphone, maar is alleen 10.000 keer zo klein. We noemen het een OWIC.
[Optical Wireless Integrated Circuits]
[Optische Draadloze Geïntegreerde Schakelingen]
OK, we're not advertisers, all right?
Oké, we zijn geen adverteerders.
(Laughter)
(Gelach)
But it's pretty cool all by itself. In fact, this OWIC has a number of parts. So up near the top, there are these cool little solar cells that you shine light on the device and it wakes up a little circuit that's there in the middle. And that circuit can drive a little tiny LED that can blink at you and allows the OWIC to communicate with you. So unlike your cell phone, the OWIC communicates with light, sort of like a tiny firefly.
Maar het is op zichzelf behoorlijk gaaf. Deze OWIC heeft een paar onderdelen. Vlakbij de bovenkant zitten gave kleine zonnecellen waar je licht op schijnt wat een kleine schakeling daar in het midden activeert. Die schakeling kan een piepkleine LED besturen, die naar je kan knipperen en de OWIC met je laat communiceren. In tegenstelling tot je mobiel communiceert de OWIC met licht, net als een piepklein vuurvliegje.
Now, one thing that's pretty cool about these OWICs is we don't make them one at a time, soldering all the pieces together. We make them in massive parallel. For example, about a million of these OWICs can fit on a single four-inch wafer. And just like your phone has different apps, you can have different kinds of OWICs. There can be ones that, say, measure voltage, some that measure temperature, or just have a little light that can blink at you to tell you that it's there.
Een van de gave dingen van deze OWICs is dat we er niet een tegelijk maken en de stukjes aan elkaar solderen. We maken er heel veel tegelijk. Zo'n miljoen van deze OWICs passen bijvoorbeeld op een enkele wafer van 10 centimeter. En zoals je telefoon verschillende apps heeft, zijn er verschillende soorten OWICs. Sommigen kunnen bijvoorbeeld spanning meten, sommigen meten de temperatuur of hebben een lampje dat kan knipperen om te laten weten dat het er is.
So that's pretty cool, these tiny little devices. And I'd like to tell you about them in a little more detail. But first, I have to tell you about something else. I'm going to tell you a few things about pennies that you might not know.
Ze zijn behoorlijk gaaf, deze piepkleine apparaatjes. Ik wil jullie er meer details over vertellen. Maar eerst moet ik jullie over iets anders vertellen. Ik ga jullie iets over penny's vertellen wat jullie wellicht nog niet weten.
So this one is a little bit older penny. It's got a picture of the Lincoln Memorial on the back. But the first thing you might not know, that if you zoom in, you'll find in the center of this thing you can actually see Abraham Lincoln, just like in the real Lincoln Memorial not so far from here. What I'm sure you don't know, that if you zoom in even further --
Dit is een wat oudere penny. Er staat een plaatje van het Lincoln Monument op. Wat je wellicht niet weet is dat wanneer je inzoomt je Abraham Lincoln kan zien, net zoals in het echte Lincoln Monument niet ver hiervandaan. Ik weet zeker dat je niet weet dat als je nog verder inzoomt --
(Laughter)
(Gelach)
you'll see that there's actually an OWIC on Abe Lincoln's chest.
je zal zien dat er een OWIC op Lincoln's borst zit.
(Laughter)
(Gelach)
But the cool thing is, you could stare at this all day long and you would never see it. It's invisible to the naked eye. These OWICs are so small, and we make them in such parallel fashion, that each OWIC costs actually less than a penny. In fact, the most expensive thing in this demo is that little sticker that says "OWIC."
Het gave is dat je het nooit zou zien, al keek je er de hele dag naar. Het is onzichtbaar voor het blote oog. Deze OWICs zijn zo klein en we maken ze geschakeld en met zoveel tegelijk, dat elke OWIC minder dan een penny kost. Het duurste op deze demo is dat kleine stickertje waar 'OWIC' op staat.
(Laughter)
(Gelach)
That cost about eight cents.
Dat kost zo'n acht cent.
(Laughter)
(Gelach)
Now, we're very excited about these things for all sorts of reasons. For example, we can use them as little tiny secure smart tags, more identifying than a fingerprint. We're actually putting them inside of other medical instruments to give other information, and even starting to think about putting them in the brain to listen to neurons one at a time.
We hebben allerlei redenen om erg enthousiast te zijn over deze dingen. We kunnen ze bijvoorbeeld gebruiken als piepkleine smarttags, die unieker zijn dan een vingerafdruk. We stoppen ze zelfs in andere medische instrumenten om andere informatie te geven en denken erover om ze in hersenen te stoppen om stuk voor stuk naar elk neuron te luisteren.
In fact, there's only one thing wrong with these OWICs: it's not a robot. It's just a head.
Er is maar een ding mis met deze OWICs: het is geen robot. Het is alleen een hoofd.
(Laughter)
(Gelach)
And I think we'll all agree that half a robot really isn't a robot at all. Without the legs, we've got basically nothing.
En we zullen het eens zijn dat een halve robot helemaal geen robot is. Zonder de benen hebben we eigenlijk niets.
MM: OK, so you need the legs, too, if you want to build a robot. Now, here it turns out you can't just steal some preexisting technology. If you want legs for your tiny robot, you need actuators, parts that move. They have to satisfy a lot of different requirements. They need to be low voltage. They need to be low power, too. But most importantly, they have to be small. If you want to build a cell-sized robot, you need cell-sized legs. Now, nobody knows how to build that. There was no preexisting technology that meets all of those demands. To make our legs for our tiny robots, we had to make something new.
MM: Oké, dus je hebt ook benen nodig als je een robot wilt bouwen. Hier blijkt dat je geen bestaande technologie kan stelen. Als je benen voor je piepkleine robot wil, heb je actuatoren nodig, bewegende delen. Die moeten aan veel verschillende eisen voldoen. Ze moeten een lage spanning hebben. Ze moeten weinig stroom verbruiken. Het belangrijkste is dat ze klein moeten zijn. Een robot ter grootte van een cel heeft benen ter grootte van een cel nodig. Niemand kan dat nog maken. Er bestond nog geen technologie die aan al die eisen voldoet. Om benen voor onze piepkleine robots te maken, moesten we iets nieuws creëren.
So here's what we built. This is one of our actuators, and I'm applying a voltage to it. When I do, you can see the actuator respond by curling up. Now, this might not look like much, but if we were to put a red blood cell up on the screen, it'd be about that big, so these are unbelievably tiny curls. They're unbelievably small, and yet this device can just bend and unbend, no problem, nothing breaks. So how do we do it? Well, the actuator is made from a layer of platinum just a dozen atoms or so thick. Now it turns out, if you take platinum and put it in water and apply a voltage to it, atoms from the water will attach or remove themselves from the surface of the platinum, depending on how much voltage you use. This creates a force, and you can use that force for voltage-controlled actuation. The key here was to make everything ultrathin. Then your actuator is flexible enough to bend to these small sizes without breaking, and it can use the forces that come about from just attaching or removing a single layer of atoms.
Dit is wat we maakten. Dit is een van onze actuatoren en ik zet er stroom op. Als ik dat doe zie je dat de actuator reageert door op te krullen. Dit lijkt misschien niet veel, maar een rode bloedcel op het scherm zou ongeveer zo groot zijn, dus dit zijn ongelofelijk kleine krullen. Ze zijn zeer klein en toch kan dit apparaat buigen en terugbuigen zonder dat het kapot gaat. Hoe doen we dit? De actuator bestaat uit een laag platina, zo dik als een dozijn atomen. Het blijkt dat als je platina in water doopt en daar stroom op zet, dat wateratomen zich vastzetten of losmaken van het oppervlak van het platina, afhankelijk van het voltage. Dit creëert een kracht die je kan gebruiken voor spanningsgestuurde aandrijving. Alles superdun maken bleek de oplossing te zijn. Dan is je actuator flexibel genoeg om zich klein te buigen zonder te breken en het gebruikt ontstane kracht voor het bevestigen of verwijderen van een laag atomen.
Now, we don't have to build these one at a time, either. In fact, just like the OWICs, we can build them massively in parallel as well. So here's a couple thousand or so actuators, and all I'm doing is applying a voltage, and they all wave, looking like nothing more than the legs of a future robot army.
Deze hoeven we ook niet per stuk te maken. Net als de OWICs kunnen we ze op grote schaal geschakeld maken. Hier zijn zo'n paar duizend actuatoren en ik zet er alleen maar stroom op en ze bewegen allemaal. Ze zien eruit als de benen van een toekomstig robotleger.
(Laughter)
(Gelach)
So now we've got the brains and we've got the brawn. We've got the smarts and the actuators. The OWICs are the brains. They give us sensors, they give us power supplies, and they give us a two-way communication system via light. The platinum layers are the muscle. They're what's going to move the robot around. Now we can take those two pieces, put them together and start to build our tiny, tiny robots. The first thing we wanted to build was something really simple. This robot walks around under user control. In the middle are some solar cells and some wiring attached to it. That's the OWIC. They're connected to a set of legs which have a platinum layer and these rigid panels that we put on top that tell the legs how to fold up, which shape they should take. The idea is that by shooting a laser at the different solar cells, you can choose which leg you want to move and make the robot walk around.
Nu hebben we de hersenen en de spierkracht. We hebben de intelligentie en de actuatoren. De OWICs zijn de hersenen. Ze geven ons sensoren, ze geven ons stroom en ze geven ons door het licht tweerichtingscommunicatie. Het platina vormt de spieren. Zij gaan zorgen dat de robot kan bewegen. We kunnen deze twee delen samenvoegen en onze piepkleine robots gaan bouwen. Het eerste dat we wilde bouwen was heel simpel. Deze robot wordt bestuurd door de gebruiker. In het midden zitten zonnecellen met wat bedrading eraan. Dat is de OWIC. Ze zijn verbonden aan benen met een platina laag en deze rigide panelen die we erop doen vertellen de benen in welke vorm en hoe ze zich moeten vouwen. Door een laser op de zonnecellen te schieten kan je kiezen welk been moet bewegen en kan je de robot laten rondlopen.
Now, of course, we don't build those one at a time, either. We build them massively in parallel as well. We can build something like one million robots on a single four-inch wafer. So, for example, this image on the left, this is a chip, and this chip has something like 10,000 robots on it. Now, in our world, the macro world, this thing looks like it might be a new microprocessor or something. But if you take that chip and you put it under a microscope, what you're going to see are thousands and thousands of tiny robots.
Ook deze maken we niet een voor een. Ook deze bouwen we geschakeld op grote schaal. We kunnen zo'n miljoen robots maken op een wafer van 10 centimeter. Dit plaatje links is bijvoorbeeld een chip en deze chip bevat zo'n 10.000 robots. In onze macrowereld ziet dit ding eruit alsof het een soort nieuwe microprocessor is. Maar als je die chip eruit haalt en onder een microscoop legt, dan zul je duizenden en duizenden piepkleine robotjes zien.
Now, these robots are still stuck down. They're still attached to the surface that we built them on. In order for them to walk around, we have to release them. We wanted to show you how we do that live, how we release the robot army, but the process involves highly dangerous chemicals, like, really nasty stuff, and we're like a mile from the White House right now? Yeah. They wouldn't let us do it. So --
Deze robots zitten nog vast. Ze zitten vast aan het oppervlak waar ze op gemaakt zijn. Om ze rond te kunnen laten lopen moeten we ze losmaken. We wilden jullie live laten zien hoe we het robotleger losmaken, maar er zijn zeer gevaarlijke chemicaliën nodig voor dat proces, echt heel naar spul en we zitten een kilometer bij het Witte Huis vandaan? Ja. Ze lieten het ons niet doen. Dus --
(Laughter)
(Gelach)
so we're going to show you a movie instead. (Laughs) What you're looking at here are the final stages of robot deployment. We're using chemicals to etch the substrate out from underneath the robots. When it dissolves, the robots are free to fold up into their final shapes. Now, you can see here, the yield's about 90 percent, so almost every one of those 10,000 robots we build, that's a robot that we can deploy and control later.
dus in plaats daarvan laten we jullie een filmpje zien. (Lacht) Jullie kijken nu naar de laatste stadia van het losmaken van de robots. We gebruiken chemicaliën om het substraat onder de robots weg te halen. Als dit oplost kunnen de robots zich in hun uiteindelijke vorm vouwen. Je kan hier zien dat de opbrengst zo'n 90 procent is, dus bijna elk van de 10.000 robots die we bouwen is een robot die we later kunnen inzetten en besturen.
And we can take those robots and we can put them places as well. So if you look at the movie on the left, that's some robots in water. I'm going to come along with a pipette, and I can vacuum them all up. Now when you inject the robots back out of that pipette, they're just fine. In fact, these robots are so small, they're small enough to pass through the thinnest hypodermic needle you can buy. Yeah, so if you wanted to, you could inject yourself full of robots.
We kunnen deze robots op verschillende plaatsen zetten. Als je naar het filmpje links kijkt, zie je robots in het water. Ik kom straks langs met een pipet en ik kan ze allemaal opzuigen. Als je de robots uit die pipet injecteert, zijn ze in orde. Deze robots zijn zelfs zo klein dat ze door de dunste injectienaald passen die je kan kopen. Dus als je dat zou willen kan je jezelf vol met robots injecteren.
(Laughter)
(Gelach)
I think they're into it.
Ik denk dat ze het wel wat vinden.
(Laughter)
(Gelach)
On the right is a robot that we put in some pond water. I want you to wait for just one second. Ooop! You see that? That was no shark. That was a paramecium. So that's the world that these things live in.
Rechts is een robot die we in vijverwater hebben gezet. Ik wil dat je een seconde wacht. Hup! Zie je dat? Dat was geen haai. Dat was een pantoffeldiertje. Dat is de wereld waar deze dingen in leven.
OK, so this is all well and good, but you might be wondering at this point, "Well, do they walk?" Right? That's what they're supposed to do. They better. So let's find out.
Dit is allemaal prima, maar je vraagt je nu misschien af: kunnen ze ook lopen? Toch? Dat is wat ze zouden moeten doen. Het is ze geraden. Laten we kijken.
So here's the robot and here are its solar cells in the middle. Those are those little rectangles. I want you to look at the solar cell closest to the top of the slide. See that little white dot? That's a laser spot. Now watch what happens when we start switching that laser between different solar cells on the robot. Off it goes!
Hier is de robot met de zonnecellen in het midden. Dat zijn die kleine rechthoekjes. Ik wil dat je naar de zonnecel kijkt, vlakbij de bovenkant van de dia. Zie je dat witte puntje? Dat is een laserpunt. Wat gebeurt er als we die laser verplaatsen tussen verschillende zonnecellen op de robot? Daar gaat hij!
(Applause)
(Applaus)
Yeah!
Ja!
(Applause)
(Applaus)
Off goes the robot marching around the microworld. Now, one of the things that's cool about this movie is: I'm actually piloting the robot in this movie. In fact, for six months, my job was to shoot lasers at tiny cell-sized robots to pilot them around the microworld. This was actually my job. As far as I could tell, that is the coolest job in the world.
Daar gaat de robot, marcherend door de microwereld. Een van de gave dingen van dit filmpje is: ik bestuur zelf de robot in dit filmpje. Zes maanden lang bestond mijn werk uit het schieten van lasers op piepkleine robots ter grootte van een cel om ze door de microwereld te loodsen. Dat was echt mijn werk. Zo ver ik weet is dat de gaafste baan ter wereld.
(Laughter)
(Gelach)
It was just the feeling of total excitement, like you're doing the impossible. It's a feeling of wonder like that first time I looked through a microscope as a kid staring at that rotifer.
Ik voelde me elke keer weer enthousiast, alsof je het onmogelijke doet. Ik was verwonderd, net zoals toen ik die eerste keer door een microscoop keek en naar dat pantoffeldiertje staarde.
Now, I'm a dad, I have a son of my own, and he's about three years old. But one day, he's going to look through a microscope like that one. And I often wonder: What is he going to see? Instead of just watching the microworld, we as humans can now build technology to shape it, to interact with it, to engineer it. In 30 years, when my son is my age, what will we do with that ability? Will microrobots live in our bloodstream, as common as bacteria? Will they live on our crops and get rid of pests? Will they tell us when we have infections, or will they fight cancer cell by cell?
Ik ben nu vader, ik heb een zoon en hij is bijna drie jaar oud. Op een dag gaat hij door zo'n microscoop kijken. En ik vraag me vaak af: wat gaat hij zien? In plaats van de microwereld slechts te zien, kunnen wij mensen nu technologie maken om het te vormen, ermee te interageren, het te ontwikkelen. Over 30 jaar, als mijn zoon volwassen is, wat zullen we dan met die vaardigheid doen? Zullen er microrobots in ons bloed leven, net zo normaal als bacteriën? Zullen ze op onze gewassen leven en ongedierte tegengaan? Zullen ze ons vertellen wanneer we infecties hebben of kanker bevechten?
PM: And one cool part is, you're going to be able to participate in this revolution. Ten years or so from now, when you buy your new iPhone 15x Moto or whatever it's called --
PM: En wat gaaf is, is dat je deel kan uitmaken van deze revolutie. Over zo'n tien jaar, als je je nieuwe iPhone 15x Moto koopt, of hoe het ook heet --
(Laughter)
(Gelach)
it may come with a little jar with a few thousand tiny robots in it that you can control by an app on your cell phone. So if you want to ride a paramecium, go for it. If you want to -- I don't know -- DJ the world's smallest robot dance party, make it happen.
zit er misschien een potje met een paar duizend piepkleine robots bij die je kan besturen met een app op je telefoon. Als je een pantoffeldiertje wilt berijden, ga er dan voor. Als je DJ wilt zijn op 's werelds kleinste robotdansfeest, laat het gebeuren.
(Laughter)
(Gelach)
And I, for one, am very excited about that day coming.
Ik kijk heel erg uit naar die dag.
MM: Thank you.
MM: Dank jullie wel.
(Applause)
(Applaus)