Аз и студентите ми създаваме много мънички роботи. Можете да ги разглеждате като автоматизирани версии на нещо, което всички познавате много добре – мравката. Знаем, че мравките и другите насекоми с такава големина умеят невероятни неща. Всички сме виждали как група мравки или нещо подобно на група отмъкват картофения ви чипс от пикника, например.
My students and I work on very tiny robots. Now, you can think of these as robotic versions of something that you're all very familiar with: an ant. We all know that ants and other insects at this size scale can do some pretty incredible things. We've all seen a group of ants, or some version of that, carting off your potato chip at a picnic, for example.
Но какви са истинските предизвикателства за проектирането на тези мравки? Ами, първо, как да вкараме способностите на една мравка в робот със същата големина? Най-напред трябва да измислим как да ги задвижим, след като са толкова малки. Трябват ни механизми – крака и ефикасни мотори, за да осъществим движението и сензори, мощност и контрол, за да сглобим всичко в една полу-разумна мравка-робот. И накрая, за да бъдат нещата наистина функционални, искаме много от тях да работят заедно и да решават по-големи задачи.
But what are the real challenges of engineering these ants? Well, first of all, how do we get the capabilities of an ant in a robot at the same size scale? Well, first we need to figure out how to make them move when they're so small. We need mechanisms like legs and efficient motors in order to support that locomotion, and we need the sensors, power and control in order to pull everything together in a semi-intelligent ant robot. And finally, to make these things really functional, we want a lot of them working together in order to do bigger things.
Ще започна с мобилността. Насекомите се движат удивително добре. Това видео е от UC Berkeley. Показва хлебарка, която върви по изключително неравен терен без да се преобърне и може да прави това, защото краката ѝ са комбинация от твърди материи, каквито обикновено използваме за роботите и меки материи. Скачането е друг интересен начин за придвижване, когато си много малък. Тези насекоми съхраняват енергия в скока и я освобождават наистина бързо, за да получат силата, която им трябва, за да изскочат от водата, например.
So I'll start with mobility. Insects move around amazingly well. This video is from UC Berkeley. It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain without tipping over, and it's able to do this because its legs are a combination of rigid materials, which is what we traditionally use to make robots, and soft materials. Jumping is another really interesting way to get around when you're very small. So these insects store energy in a spring and release that really quickly to get the high power they need to jump out of water, for example.
Един от големите приноси на моята лаборатория е комбинацията на твърди и меки материали при много, много малките механизми. Този скачащ механизъм има страна около четири милиметра, наистина е миниатюрен. Твърдият материал тук е силиций, а мекият е силиконова гума. Основната идея е да компресираме това, да съхраним енергия в скоковете и после чрез нея да скачаме отново. Все още няма мотори на борда, няма мощност. Движението е постигнато с метод, който в лабораторията наричаме "аспирант с пинсета" (Смях) В следващото видео ще видите този тип да се справя удивително добре със скоковете. Това е Арън, въпросният аспирант с пинсетите, а виждате как този четиримилиметров механизъм скача почти на 40 см височина. Това е около 100 пъти повече от собствената му дължина. И той оцелява, отскача от масата, невероятно здрав е и разбира се, оцелява, докато не го изгубим, защото е много мъничък.
So one of the big contributions from my lab has been to combine rigid and soft materials in very, very small mechanisms. So this jumping mechanism is about four millimeters on a side, so really tiny. The hard material here is silicon, and the soft material is silicone rubber. And the basic idea is that we're going to compress this, store energy in the springs, and then release it to jump. So there's no motors on board this right now, no power. This is actuated with a method that we call in my lab "graduate student with tweezers." (Laughter) So what you'll see in the next video is this guy doing amazingly well for its jumps. So this is Aaron, the graduate student in question, with the tweezers, and what you see is this four-millimeter-sized mechanism jumping almost 40 centimeters high. That's almost 100 times its own length. And it survives, bounces on the table, it's incredibly robust, and of course survives quite well until we lose it because it's very tiny.
Все пак, накрая искаме и на него да сложим мотори и студентите в лабораторията работят по едномилиметрови мотори, които евентуално да се съвместят с малки, автономни роботи. Но в името на мобилността и за да започне движение при такива размери, ние се изхитряваме и използваме магнити. Това, в края на краищата, ще бъде част от крака на микро-робот, виждате свръзките от силиконова гума и има вграден магнит, който се движи от външно магнитно поле.
Ultimately, though, we want to add motors to this too, and we have students in the lab working on millimeter-sized motors to eventually integrate onto small, autonomous robots. But in order to look at mobility and locomotion at this size scale to start, we're cheating and using magnets. So this shows what would eventually be part of a micro-robot leg, and you can see the silicone rubber joints and there's an embedded magnet that's being moved around by an external magnetic field.
Така стигаме до робота, който ви показах по-рано. Истински интересното, което този робот ни помага да осъзнаем е как насекомите се движат при размерите, които имат. Имаме много добър модел за това как всичко – от хлебарка до слон – се движи. Всички леко отскачаме, докато тичаме. Но когато съм много мъничък, силите между краката ми и земята ще повлияят много повече движението ми от моята маса, което пък е причината за този подскоклив ход. Този приятел още не работи съвсем, но имаме малко по-големи версии, които тичат наоколо. Това е кубче със страна един сантиметър, толкова миниатюрно, а сме го накарали да минава около 10 телесни дължини в секунда, т.е. 10 сантиметра в секунда. Доста добра бързина за един мъник и тя е ограничена само от тестовите ни условия. Това ви дава някаква представа как работи той сега. Можем също да направим 3D-печатни версии на тази, които да изкачват препятствия подобно на хлебарката, която видяхте по-рано.
So this leads to the robot that I showed you earlier. The really interesting thing that this robot can help us figure out is how insects move at this scale. We have a really good model for how everything from a cockroach up to an elephant moves. We all move in this kind of bouncy way when we run. But when I'm really small, the forces between my feet and the ground are going to affect my locomotion a lot more than my mass, which is what causes that bouncy motion. So this guy doesn't work quite yet, but we do have slightly larger versions that do run around. So this is about a centimeter cubed, a centimeter on a side, so very tiny, and we've gotten this to run about 10 body lengths per second, so 10 centimeters per second. It's pretty quick for a little, small guy, and that's really only limited by our test setup. But this gives you some idea of how it works right now. We can also make 3D-printed versions of this that can climb over obstacles, a lot like the cockroach that you saw earlier.
Но в края на краищата, искаме да сложим всичко това на робот. Искаме усет, мощ, контрол и движение едновременно и не е необходимо всичко да идва от био-вдъхновение. Този робот е голям почти колкото Тик Так. И в неговия случай, вместо магнити или мускули за задвижване, използваме ракети. Това е произведен в микро-вариант енергиен материал, можем да го разделим на миниатюрни частици, да сложим една от тях в коремчето на този робот и тогава той ще скача, когато регистрира повече светлина.
But ultimately we want to add everything onboard the robot. We want sensing, power, control, actuation all together, and not everything needs to be bio-inspired. So this robot's about the size of a Tic Tac. And in this case, instead of magnets or muscles to move this around, we use rockets. So this is a micro-fabricated energetic material, and we can create tiny pixels of this, and we can put one of these pixels on the belly of this robot, and this robot, then, is going to jump when it senses an increase in light.
Следващото видео е едно от любимите ми. Този 300-милиграмов робот скача на около осем сантиметра във въздуха. Размерите му са само четири на четири на седем. Ще видите силен проблясък в началото, когато енергетиката се включва и роботът се мята във въздуха. Ето го силният проблясък и виждате роботът да скача във въздуха. Нищо не го ограничава, не е свързан с жици. Всичко е в самия него и той подскача, реагирайки на студента, който току-що включи настолна лампа наблизо.
So the next video is one of my favorites. So you have this 300-milligram robot jumping about eight centimeters in the air. It's only four by four by seven millimeters in size. And you'll see a big flash at the beginning when the energetic is set off, and the robot tumbling through the air. So there was that big flash, and you can see the robot jumping up through the air. So there's no tethers on this, no wires connecting to this. Everything is onboard, and it jumped in response to the student just flicking on a desk lamp next to it.
Мисля, че си представяте всички страхотни неща, които можем да направим с роботи, които тичат, пълзят, скачат и се търкалят при тези си размери. Представете си отломките след едно природно бедствие като земетресение. Представете си как тези мънички роботи кръстосват отломките, за да търсят оцелели. Или си представете множество малки роботи да обхождат един мост, за да го инспектират и да се уверят, че е безопасен, така че да не се случват пропадания, като това край Минеаполис през 2007. Или просто си представете какво бихте направили, ако имаше роботи, които могат да плуват в кръвта ви. Нали? "Фантастично пътешествие", Айзък Азимов. Преди всичко, те биха могли да оперират без да трябва да ви режат. Можем и коренно да променим начина, по който строим, ако мъничките ни роботи работят като термитите и строят онези невероятни купчини, високи по осем метра, добре вентилирани апартаменти за други термити в Африка и Австралия.
So I think you can imagine all the cool things that we could do with robots that can run and crawl and jump and roll at this size scale. Imagine the rubble that you get after a natural disaster like an earthquake. Imagine these small robots running through that rubble to look for survivors. Or imagine a lot of small robots running around a bridge in order to inspect it and make sure it's safe so you don't get collapses like this, which happened outside of Minneapolis in 2007. Or just imagine what you could do if you had robots that could swim through your blood. Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov. Or they could operate without having to cut you open in the first place. Or we could radically change the way we build things if we have our tiny robots work the same way that termites do, and they build these incredible eight-meter-high mounds, effectively well ventilated apartment buildings for other termites in Africa and Australia.
Мисля, че ви дадох някои от възможностите за това какво можем да правим с тези малки роботи. Дотук постигнахме някакъв напредък, но остава още дълъг път и се надявам, че някои от вас могат да помогнат на тази кауза.
So I think I've given you some of the possibilities of what we can do with these small robots. And we've made some advances so far, but there's still a long way to go, and hopefully some of you can contribute to that destination.
Много ви благодаря.
Thanks very much.
(Аплодисменти)
(Applause)