Οι μαθητές μου κι εγώ δουλεύουμε πάνω σε μικροσκοπικά ρομπότ. Μπορείτε να τα θεωρήσετε ως ρομποτικές εκδόσεις από κάτι που γνωρίζετε πολύ καλά: το μυρμήγκι. Ξέρουμε ότι τα μυρμήγκια κι άλλα έντομα αυτού του μεγέθους μπορούν να κάνουν κάποια απίστευτα πράγματα. Όλοι έχουμε δει μια ομάδα μυρμηγκιών ή κάτι παρόμοιο, να κουβάλάει, για παράδειγμα, ένα πατατάκι σε ένα πικνίκ.
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.
Αλλά ποιες είναι οι δυσκολίες στην κατασκευή τέτοιων μυρμηγκιών; Κατ' αρχήν, πώς θα βάλουμε τις ικανότητες ενός μυρμηγκιού σε ένα ρομπότ του ίδιου μεγέθους; Πρώτα πρέπει να βρούμε πως θα τα κάνουμε να κινηθούν εφόσον είναι τόσο μικρά. Χρειάζονται μηχανισμοί σαν πόδια και ικανοί κινητήρες, για να υλοποιήσουμε την κίνηση, και αισθητήρες, ενέργεια και έλεγχο για να τα συνθέσουμε όλα σε ένα ημι-ευφυές ρομπότ μυρμήγκι. Τελικά, για να τα κάνουμε αυτά πραγματικά λειτουργικά, θέλουμε να συνεργάζονται μεταξύ τους για να κάνουν περισσότερα πράγματα.
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.
Λοιπόν, ας ξεκινήσω με την κινητικότητα. Τα έντομα περιφέρονται με θαυμαστή άνεση. Το βίντεο του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϋ δείχνει μια κατσαρίδα που κινείται σε απίστευτα τραχύ έδαφος χωρίς να αναποδογυρίζει, και μπορεί να το κάνει καθώς τα πόδια της είναι συνδυασμός άκαμπτων υλικών, που χρησιμοποιούμε πάγια στην κατασκευή ρομπότ, και μαλακών υλικών. Τα άλματα είναι επίσης ενδιαφέρον τρόπος μετακίνησης όταν είσαι πολύ μικρός. Τα έντομα συσσωρεύουν ενέργεια σε ελατήριο και την ελευθερώνουν ταχύτατα για να αποκτήσουν την απαραίτητη δύναμη που απαιτείται για να βγουν από το νερό.
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.
Έτσι, ένα μεγάλο επίτευγμα του εργαστηρίου μου ήταν ο συνδυασμός άκαμπτων και μαλακών υλικών σε πάρα πολύ μικρούς μηχανισμούς. Αυτός ο μηχανισμός άλματος είναι περίπου 4 χιλιοστά στο πλάι, άρα αρκετά μικροσκοπικός. Το σκληρό υλικό εδώ είναι η σιλικόνη και το μαλακό η γόμα σιλικόνης. Η βασική ιδέα είναι ότι θα το συμπιέσουμε, μαζεύοντας ενέργεια στα ελατήρια και ελευθερώνοντάς την για το άλμα. Συνεπώς δεν υπάρχει κανένας κινητήρας, καμία ενέργεια. Ενεργοποιείται με μια μέθοδο που στο εργαστήριό μου τη λέμε «πτυχιούχος με τσιμπιδάκι». (Γέλια) Στο επόμενο βίντεο θα δείτε αυτό τον τύπο να τα καταφέρνει αρκετά καλά στα άλματα. Αυτός είναι ο Άαρον, ο εν λόγω μεταπτυχιακός φοιτητής, με το τσιμπιδάκι, και εδώ βλέπετε τον μηχανισμό των τεσσάρων χιλιοστών να κάνει άλμα σχεδόν 40 εκατοστών. Είναι σχεδόν 100 φορές το μήκος του. Επιζεί, αναπηδά στο τραπέζι, είναι απίστευτα ανθεκτικός και φυσικά επιβιώνει μέχρι που το χάνουμε επειδή είναι τόσο πολύ μικρός.
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.
Τελικά σκεφτήκαμε να του προσθέσουμε και κινητήρες, έχουμε φοιτητές που δουλεύουν σε κινητήρες χιλιοστών που θα τους ενσωματωσούν σε μικρά αυτόνομα ρομπότ. Αλλά για να πετύχουμε κινητικότητα και κίνηση σε τέτοια κατηγορία μεγέθους, «κλέβουμε» και χρησιμοποιούμε μαγνήτες. Εδώ φαίνεται κάτι που θα γίνει μικρορομποτικό πόδι και βλέπετε τις αρθρώσεις από γόμα σιλικόνης και έναν ενσωματωμένο μαγνήτη που κινείται από ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.
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.
Κι έτσι θα φτάσουμε στο ρομπότ που σας έδειξα νωρίτερα. Το πραγματικά ενδιαφέρον που μας βοηθάει να καταλάβουμε το ρομπότ είναι το πώς κινούνται τόσο μικρά έντομα. Έχουμε ένα πολύ καλό μοντέλο του πώς κινούνται τα πάντα, από κατσαρίδα έως ελέφαντα. Όλοι κάπως αναπηδάμε όταν τρέχουμε. Αλλά όταν είμαι πολύ μικρός, οι δυνάμεις ανάμεσα στα πόδια μου και το έδαφος θα επηρεάσουν την κίνησή μου περισσότερο από τη μάζα μου, και αυτό προκαλεί αυτή την κίνηση με αναπήδηση. Αυτός ο τύπος δεν λειτουργεί ακόμα, αλλά έχουμε ελαφρώς μεγαλύτερες εκδόσεις που κινούνται άνετα. Αυτό είναι κύβος εκατοστού με πλευρά εκατοστού, τόσο μικρός, που μπορεί να τρέχει σχεδόν 10 φορές το μήκος του ανά δευτερόλεπτο, 10 εκατοστά το δευτερόλεπτο. Πολύ γρήγορο για κάτι τόσο μικρό και περιορίζεται μόνο από το ίδιο μας το πείραμα. Αλλά πήρατε μια ιδέα του πώς λειτουργεί τώρα. Κατασκευάσαμε επίσης τρισδιάστατες εκτυπωμένες εκδόσεις του που σκαρφαλώνουν πάνω από εμπόδια, σχεδόν σαν την κατσαρίδα που είδατε νωρίτερα.
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.
Αλλά τελικά θέλουμε να βάλουμε τα πάντα στο ρομπότ. Θέλουμε αίσθηση, δύναμη, έλεγχο, ενεργοποίηση, όλα μαζί, και δεν χρειάζεται να είναι όλα εμπνευσμένα από τη φύση. Αυτό το ρομπότ έχει το μέγεθος ενός κουτιού Tic-Tac. Σε αυτή την περίπτωση, αντί για μαγνήτες ή μύες για την κίνηση, χρησιμοποιούμε ρουκέτες. Είναι ένα υλικό μικροαγώγιμο ενεργειακό υλικό όπου μπορούμε να φτιάξουμε μικροσκοπικά πίξελ από αυτό, να βάλουμε ένα από τα πίξελ στην κοιλιά αυτού του ρομπότ και κατόπιν το ρομπότ θα αναπηδήσει όταν αισθανθεί αύξηση φωτός.
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.
Το επόμενο βίντεο είναι από τα αγαπημένα μου. Έχουμε λοιπόν αυτό το ρομπότ 300 χιλιοστογραμμαρίων να αναπηδά περίπου οκτώ εκατοστά στον αέρα. Είναι μόλις τέσσερα επί τέσσερα επί επτά χιλιοστά σε μέγεθος. Θα δείτε μια έντονη λάμψη στην αρχή όταν εκλυθεί η ενέργεια, και το ρομπότ να στριφογυρνά στον αέρα. Υπήρχε αυτή η έντονη λάμψη και βλέπετε το ρομπότ να πηδά στον αέρα. Δεν υπάρχει κάποιο σύστημα πρόσδεσης, δεν συνδέεται με καλώδια. Όλα είναι ενσωματωμένα, και αυτό αναπήδησε όταν ένας φοιτητής άναψε απλά μια λάμπα γραφείου δίπλα του.
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.
Νομίζω οτι φαντάζεστε πόσα πράγματα μπορούμε να κάνουμε με ρομπότ τέτοιου μεγέθους που τρέχουν, έρπουν, πηδούν και κυλάνε. Φανταστείτε τα ερείπια μετά από μια φυσική καταστροφή, σαν ένα σεισμό. Φανταστείτε τέτοια μικρά ρομπότ να τρέχουν μέσα τα ερείπια ψάχνοντας για επιζώντες. Φανταστείτε πολλά μικρά ρομπότ να κινούνται σε μια γέφυρα για να επιθεωρήσουν την ασφάλειά της ώστε ν' αποφύγουμε καταρρεύσεις σαν αυτή, που συνέβη έξω από τη Μινεάπολη το 2007. Φανταστείτε τι θα μπορούσατε να κάνετε αν τέτοια ρομπότ μπορούσαν να κολυμπήσουν στο αίμα σας. Σωστά; Το «Φανταστικό Ταξίδι» του Ισαάκ Ασίμοφ. Θα μπορούσαν να σας εγχειρήσουν χωρίς να γίνει τομή εξαρχής. Θα άλλαζε ριζικά ο τρόπος που κατασκευάζουμε πράγματα αν βάζαμε τα μικροσκοπικά ρομπότ να δουλεύουν όπως οι τερμίτες, να χτίζουν αυτούς τους οκτάμετρους γήλοφους, πολυκατοικίες με πολύ καλό εξαερισμό για άλλους τερμίτες στην Αφρική και την Αυστραλία.
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.
Νομίζω ότι σας έδειξα κάποιες από τις δυνατότητες του τι μπορούμε να κάνουμε με αυτά τα μικρά ρομπότ. Κάναμε κάποιες προόδους μέχρι τώρα αλλά υπάρχει ακόμα πολύς δρόμος να διανύσουμε και ελπίζω κάποιοι από εσάς να συμβάλετε προς αυτή την κατεύθυνση.
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.
Ευχαριστώ πολύ.
Thanks very much.
(Χειροκρότημα)
(Applause)