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.
Avec mes étudiants, nous travaillons sur des mini robots. On peut considérer qu'il s'agit des versions robotisées d'une petite bête que vous connaissez bien : la fourmi. On le sait, les fourmis et les insectes de cette taille, sont capables d'inimaginables prouesses. On a tous déjà vu lors d'un pique-nique une colonie de fourmis, par exemple, embarquer un chips sur leurs dos.
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.
Quels défis se posent dans l'imitation mécanique des fourmis ? Tout d'abord, comment créer un robot aussi petit qu'une fourmi qui puisse reproduire ses capacités ? Premier défi à relever : réussir à faire bouger ces robots malgré leur petite taille. Il faut des articulations mécaniques en guise de pattes, des moteurs fiables pour assurer la locomotion. On a besoin des capteurs, de courant et un téléguidage pour que le tout s'assemble en un robot semi-intelligent. Enfin, pour que l'appareil ait une fonction réelle, ces robots doivent faire ensemble ce qu'un seul robot ne peut pas faire.
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.
Commençons par la mobilité. Les insectes se déplacent étonnamment bien. Dans cette vidéo de l'UC Berkeley, on voit un cafard se déplaçant sur un terrain accidenté sans tomber. Il en capable grâce à ses pattes faites de matériaux rigides et souples. Or les robots sont eux aussi construits en matériaux rigides généralement. Sauter est aussi une manière intéressante de se déplacer quand on est très petit. Ces insectes accumulent de l'énergie dans un ressort et la libère très vite afin d'obtenir la puissance nécessaire pour bondir hors de l'eau par exemple.
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.
C'est là que mon laboratoire s'est vraiment rendu utile : nous avons créé un alliage de matériaux rigides et souples et à l'intégrer dans de très petits engins. Cet engin sauteur fait à peu près 4 mm de côté, il est donc très petit. Le matériau rigide ici est en silicone, et le souple en caoutchouc de silicone. L'idée est ensuite, grosso modo, de miniaturiser tout cela, stocker l'énergie dans les ressorts et la libérer pour sauter. À ce stade, l'engin ne possède ni moteur, ni alimentation électrique. Il est manœuvré grâce à la méthode qu'on appelle, dans notre laboratoire, « le stagiaire aux pincettes. » (rires) Dans la prochaine vidéo, vous verrez le petit robot en question réaliser des sauts spectaculaires. Voici Aaron, notre stagiaire, avec les fameuses pincettes. Et cet engin, long de quatre millimètres, effectue des sauts de presque 40 centimètres de haut. C'est près de 100 fois sa longueur d'origine. Il survit et rebondit sur la table. Il est incroyablement robuste : il continue sa vie jusqu'à ce qu'on le perde de vue en raison de sa petite taille.
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.
À terme, nous voudrions y intégrer des moteurs. Au labo, des étudiants travaillent sur des moteurs de quelques millimètres pour les embarquer dans de petits robots autonomes. Mais, pour pouvoir étudier la mobilité et la locomotion à cette échelle, nous trichons et utilisons des aimants. Voilà ce qui pourrait devenir le composant d'une patte du micro-robot. Ici, les joints en caoutchouc de silicone, un aimant enchâssé dans le mécanisme, que l'on peut ainsi déplacer grâce à un champ magnétique externe.
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.
C'est ce qui conduit au robot que je vous ai montré plus tôt. Ce robot nous permet de comprendre la manière dont les insectes se déplacent à cette échelle. Tous les animaux, du cafard à l'éléphant, se déplacent plus ou moins de façon élastique. Les hommes eux aussi courent selon ce modèle. Mais quand on est tout petit, les forces entre les pieds et le sol impactent beaucoup plus la locomotion que la masse, ce qui cause ce mouvement élastique. Donc ce robot n'est pas encore au point, mais nous en avons des plus grands qui arrivent à courir. Ils font à peu près 1 cm cube, 1 cm de côté, donc tous petits. On a pu les faire courir environ 10 longueurs corporelles par seconde, soit 10 cm par seconde. C'est plutôt rapide pour un si petit robot et encore, les conditions du test limitent la vitesse. Mais ça donne une idée de son fonctionnement à ce stade. Nous pouvons aussi imprimer en 3D des versions capables de franchir des obstacles,
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.
tout comme le cafards que vous avez vu plus tôt. À terme, nous souhaitons que tout ça soit embarqué dans le robot. Nous voulons à la fois la perception, la puissance, le contrôle, l'actionnement sans nécessairement s'inspirer du bio-mimétisme. Regardez ce robot-ci : il a plus ou moins la taille d'un Tic Tac. Ici, pour déplacer l'engin, nous utilisons non pas des aimants ou des muscles, mais des fusées. C'est donc un matériau énergétique micro-fabriqué qui peut servir à créer des micro pixels, et nous pouvons mettre un de ces pixels sur le ventre de ce robot et ce robot sautera ensuite au contact d'une lumière grandissante.
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.
La prochaine vidéo est l'une de mes préférées. Le robot que vous voyez pèse 300 milligrammes et il peut sauter en l'air jusqu'à 8 centimètres. Il fait seulement 4x4x7 millimètres. Et vous verrez un grand flash au début quand l'énergie est libérée et le robot plane dans les airs. Il y avait ce grand flash, et vous pouvez voir le robot sauter dans les airs. Il n'y a pas d'attache, pas de fils le reliant Tout est à l'intérieur et il saute en réponse à l'élève qui appuie sur la lampe de bureau à côté.
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.
Imaginez toutes les choses cool que l'on pourrait faire avec des robots de cette taille, capables de courir et ramper. Imaginez les décombres à la suite d'une catastrophe naturelle, comme un tremblement de terre. Imaginez ces petits robots courant à travers ces décombres à la recherche de survivants. Ou imaginez beaucoup de petits robots courant autour du pont pour l'inspecter et s'assurer qu'il est sûr, et éviter le genre d'effondrement qui a eu lieu aux abords de Minneapolis en 2007. Ou imaginez ce qu'on pourrait faire s'il y avait des robots qui peuvent nager dans votre sang, Vous voyez ? "Le voyage fantastique", Isaac Asimov. Ou ils pourraient opérer sans être obligés de vous ouvrir. Où l'on pourrait radicalement changer la manière de construire les choses s'il y avait des micro-robots travaillant comme des termites. Elles peuvent construire des buttes incroyables de 8 mètres de haut, des immeubles d'habitation bien ventilés pour les autres termites en Afrique et en Australie.
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.
Je pense vous avoir donné quelques possibilités de ce qui peut être fait grâce à ces petits robots. Nous avons beaucoup avancé mais il reste encore beaucoup à faire et nous espérons que certains d'entre vous
Thanks very much.
pourrons participer à notre voyage. Merci beaucoup.
(Applause)
(Applaudissement)