Mine studenter og jeg arbejder på meget små robotter. Du kan du tænke på disse som robot versioner af noget, som alle kender: en myre. Vi ved alle at myrer og andre insekter i på deres størrelse kan gøre nogle ret utrolige ting. Vi har alle set en gruppe af myrer, eller noget tilsvarende, bærende på din kartoffel chip på en picnic, f.eks.
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.
Men hvad er de reelle udfordringer bygge disse myrer? Altså, først og fremmest, hvordan får vi en myres evner i en robot på samme størrelse? først skal vi finde ud af hvordan man får dem til a bevæge sig når der er så små. Vi har brug for mekanismer som ben og effektive motorer for at få bevægelse, og vi har brug sensorerne, kraft og kontrol for at samle det i en semi-intelligent myrerobot. Og endelig, at få disse ting til rigtig at virke, vi ønsker en masse af dem til at arbejder sammen for at gøre større ting.
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.
Så jeg vil starte med mobilitet. Insekter bevæger sig forbavsende godt. Denne video er fra UC Berkeley. Det viser en kakerlak bevæge sig over et utroligt ujævnt terræn uden at vælte, og det er i stand til at gøre dette, fordi dens ben er en kombination af stive materialer, hvilket er, hvad vi traditionelt bruge til at lave robotter, og bløde materialer. At hoppe er en anden virkelig interessant måde at komme rundt, når du er meget lille. Så disse insekter lagre energi i en fjeder og frigøre den virkelig hurtigt for at få den kraft de har brug for at springe ud af vand, f.eks.
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.
Så en af de store bidrag fra min laboratorium har været at kombinere stive og bløde materialer i meget, meget lille mekanik. Så denne hoppe mekanisme er omkring fire millimeter på en side, så virkelig lille. Den hårde materiale her er silicium, og det bløde materiale er silikonegummi. Og den grundlæggende idé er, at vi kommer til at komprimere det, lagre energi i fjedrene, og derefter frigøre den til at springe. Så der er ingen motorer på dette lige nu, ingen energi. Dette aktiveres med en metode vi kalder "graduate student with tweezers." (griner) Så hvad vil du se i næste video er denne fyr der hopper forbavsende godt . Så dette er Aron, "the graduate student in question, with the tweezers" og hvad du ser, er denne fire-millimeter-store mekanisme hoppe næsten 40 centimeter højt. Det er næsten 100 gange sin egen længde. Og den overlever, nedslaget på bordet, den er utrolig robust, og overlever ganske godt indtil vi mister det fordi det er meget lille.
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.
Ultimativt, ønsker vi dog at tilføje motorer til at denne også, og vi har studerende i laboratoriet der arbejder på millimeter-store motorer der kan integrere på små, autonome robotter. Men for at se på mobilitet og bevægelse i denne størrelse, vi snyder og bruge magneter. Så dette viser, kommer til at blive en del af et mikro-robot ben, og du kan se de silikonegummiled og der er en indlejret magnet der bliver flyttet rundt af et eksternt magnetisk felt.
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.
Så dette fører til robotten jeg viste jer tidligere. Den virkelig interessante ting denne robot kan hjælpe os med at finde ud af er, hvordan insekter bevæger sig. Vi har en rigtig god model for, hvordan alt fra en kakerlak op til en elefant bevæger sig. Alle bevæge sig i denne slags hoppende måde, når vi løber. Men når jeg er virkelig lille, kommer kræfterne mellem mine fødder og jorden komme til at påvirke min bevægelse meget mere end min masse, hvilket er, hvad der forårsager den hoppende bevægelse. Så denne fyr virker ikke helt endnu, men vi har lidt større udgaver der løber rundt. Så den er ca. en kubik centimeter, en centimeter på en siden, så meget lille, og vi har fået dette til at løbe 10 krops længder per sekund, så 10 centimeter pr. sekund. Det er temmelig hurtigt for en lille fyr, og det er kun begrænset af vores test setup. Men dette giver dig en idé omkring, hvordan det fungerer lige nu. Vi kan også lave 3D-trykte udgaver af denne, der kan klatre over forhindringer, meget som den kakerlak I har set tidligere.
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.
Men i sidste ende ønsker vi at tilføje alt på robotten. Vi ønsker sanser, kraft, kontrol, aktivering alt sammen, og ikke alt behøves at være bio-inspireret. Så denne robottens på størrelse med en Tic Tac. Og i dette tilfælde, i stedet for magneter eller muskler til at bevæge denne rundt, vi bruger raketter. Så dette er en mikro-fabrikerede energirige materiale, og vi kan skabe bittesmå pixels af dette, og vi kan sætte en af disse pixels på maven af denne robot, og denne robot, kommer til at springe når den registrerer en stigning i lys.
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.
Så næste video er en af mine favoritter. Så du har denne 300-milligram robot hoppe omkring otte centimeter op i luften. Det er kun 4x4x7 millimeter i størrelse. Og du vil se et stort lysglimt i begyndelsen når det energirige stof er aktiveret og robotten flyver gennem luften. Så der var det stor lysglimt, og du kan se robotten hoppe op gennem luften. Der er ingen ledning tilsluttet til dette. Alt er onboard, og den sprang som respons til den studerende bare drejede bordlampe ved siden af.
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.
Så jeg tror, du kan forestille dig alle de seje ting, vi kunne gøre med robotter, der kan køre og kravle og hoppe og rulle i denne størrelse. Forestil murbrokkerne, du får efter en naturkatastrofe som et jordskælv. Forestil disse små robotter løber gennem disse murbrokker for at lede efter overlevende. Eller forestil dig en masse små robotter løbe omkring en bro for at inspicere den og sørg for at den er sikkert så du ikke får kollapse som denne, der skete uden for Minneapolis i 2007. Eller bare forestille sig, hvad du kan gøre hvis du havde robotter, der kunne svømme gennem dit blod. Ikke? "Fantastic Voyage", Isaac Asimov. Eller de kunne operere dig uden skære dig op. Eller vi kunne radikalt ændre den måde, vi bygge ting hvis vi har vores små robotter der fungerer på samme måde, som termitter gøre, og de bygger disse utrolige otte meter høje bo, effektivt godt ventileret boligblokke for andre termitter i Afrika og Australien.
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.
Så jeg tror, jeg har givet jer nogle af mulighederne af, hvad vi kan gøre med disse små robotter. Og vi har gjort visse fremskridt hidtil, men der er stadig lang vej, og forhåbentlig nogle af jer kan bidrage til denne destination.
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.
Mange tak.
Thanks very much.
(Bifald)
(Applause)