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.
Mis alumnos y yo trabajamos con robots muy pequeños. Podemos verlos como versiones robóticas de algo con lo que todos estamos muy familiarizados: una hormiga. Todos sabemos que las hormigas y otros insectos de este tamaño pueden hacer cosas bastante asombrosas. Todos hemos visto a un grupo de hormigas, o algo similar, cargando patatas fritas en un picnic, por ejemplo.
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.
¿Pero cuáles son los verdaderos desafíos para construir estas hormigas? Bueno, en primer lugar, ¿cómo conseguimos tener las capacidades de una hormiga en un robot del mismo tamaño? Bueno, primero tenemos que averiguar cómo hacer que se muevan siendo tan pequeños. Necesitamos mecanismos como piernas y motores eficientes para apoyar la locomoción. y sensores, energía y control para juntar todo en un robot hormiga semi-inteligente. Y, por último, para hacer que estas cosas realmente funcionen, queremos que la mayoría trabajen juntos para lograr grandes cosas.
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.
Así que empezaré con la movilidad. Los insectos se mueven increíblemente bien en su entorno. Este vídeo es de la Universidad de Berkeley. Muestra una cucaracha en movimiento sobre un terreno muy accidentado sin que vuelque y es capaz de hacerlo porque sus piernas son una combinación de materiales rígidos, que es lo que tradicionalmente usamos para hacer robots, y materiales blandos. Saltar es otra forma muy interesante de moverse cuando uno es muy pequeño. Así que estos insectos almacenan energía en un brinco y la liberan rápidamente para conseguir la fuerza necesaria para salir del agua.
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.
Así que una de las grandes contribuciones de mi laboratorio ha sido combinar materiales rígidos y blandos en mecanismos muy, muy pequeños. Este mecanismo para saltar es de unos 4 milímetros, así que es realmente pequeño. El material duro que empleamos es el silicio y el blando, caucho de silicona. Y la idea principal es comprimir esto, almacenar la energía en los muelles, y luego soltarlo para saltar. Así que no hay motores de momento, no hay energía. Esta se acciona con un método que llamamos en mi laboratorio "estudiante graduado con pinzas". (Risas) Así que lo que van a ver en el siguiente vídeo es a este robot que saltará increíblemente bien. Este es Aarón, el estudiante graduado en cuestión, con las pinzas, y aquí ven un mecanismo de 4 milímetros que salta casi 40 centímetros. Eso es casi 100 veces su propio tamaño. Y sobrevive, rebota sobre la mesa, es increíblemente robusto y, por supuesto, sobrevive bastante bien hasta que lo perdemos porque es muy pequeño.
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.
En última instancia, sin embargo, queremos añadirle motores también, y tenemos estudiantes en el laboratorio trabajando en motores milimétricos para integrarlos en estos pequeños robots autónomos. Pero para trabajar la movilidad y la locomoción a esta escala hacemos trampa y usamos imanes. Esto muestra lo que finalmente pertenecerá a una pierna de microrobot, y pueden ver las juntas de la goma de silicona y el imán incorporado que se está moviendo de arriba abajo accionado por un campo magnético externo.
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.
Así que todo esto nos lleva al robot que les mostré antes. Lo realmente interesante es que este robot puede ayudarnos a averiguar cómo se mueven los insectos a esta escala. Tenemos un modelo muy bueno de cómo todos se mueven, desde una cucaracha hasta un elefante. Todos nos movemos dando estos saltos cuando corremos. Pero cuando uno es realmente pequeño, las fuerzas que hay entre los pies y el suelo afectarán la locomoción mucho más que la masa, y eso es lo que lleva a estos saltos durante el movimiento. Este robot no funciona todavía, pero sí que tenemos versiones ligeramente más grandes que funcionan. Este tiene cerca de un centímetro cúbico, un centímetro de lado, muy pequeño, y hemos logrado que recorra 10 veces su tamaño por segundo, eso, 10 centímetros por segundo. Es bastante rápido para un pequeñín como este, y solo lo limita nuestro sistema de prueba. Pero pueden hacerse una idea de cómo funciona en este momento. También podemos imprimir versiones en 3D que pueden escalar obstáculos, modelos bastante parecidos a la cucaracha que vieron antes.
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.
Pero en última instancia, queremos añadir todo esto al robot. Queremos que los detectores, la energía, los controles, actúen todos juntos, y no todo tiene que ser de inspiración biológica. Este es un robot del tamaño de un Tic Tac. Y en este caso, en lugar de imanes o músculos para moverse, usamos cohetes. Así que este es un material energético microfabricado, y podemos crear diminutos píxeles de esto, y podemos poner uno de estos píxeles en el vientre de este robot, para que este robot luego salte al detectar un aumento de luz.
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.
El siguiente vídeo es uno de mis favoritos. Tenemos a este robot de 300 miligramos que salta unos 8 centímetros en el aire. Tiene solo 4x4x7 milímetros. Y verán un gran destello al inicio cuando se dispara el material enérgico, y el robot da vueltas por el aire. Aquí hubo un gran destello, y pueden ver al robot saltar por los aires. Así que no hay fijaciones, no hay cables conectados. Todo está a bordo del robot, y saltó en respuesta a que un estudiante simplemente encendió una lámpara de escritorio.
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.
Así que creo que pueden imaginar todas las cosas interesantes que podríamos hacer con robots que pueden correr, gatear saltar y rodar a esta escala. Imaginen los escombros que quedan después de un desastre natural como un terremoto. Imaginen a estos pequeños robots corriendo a través de esos escombros para buscar supervivientes. O imaginen un montón de pequeños robots corriendo por un puente para poder inspeccionarlo y asegurarse de que es seguro para evitar derrumbes como este, que ocurrió a las afueras de Mineápolis en 2007. O imaginen lo que se puede hacer con robots que podrían nadar por el torrente sanguíneo. ¿No? "El viaje fantástico" de Isaac Asimov. O que podrían operar sin tener que abrir, para empezar. O podríamos cambiar radicalmente la forma de construir cosas si tuviéramos nuestros pequeños robots trabajando de la misma manera que trabajan las termitas, que construyen estos increíbles montículos de 8 metros de altura, edificios de apartamentos eficientes y bien ventilados para otras termitas
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.
en África y en Australia. Así que creo que les he ofrecido algunas de las posibilidades de lo que podemos hacer con estos pequeños robots. Y hemos hecho algunos avances hasta el momento, pero todavía hay un largo camino por recorrer,
Thanks very much.
y es de esperar que alguno de Uds. pueda contribuir a ese destino.
(Applause)
Muchas gracias.