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.
תלמידים שלי ואני עובדים עם רובוטים ממש זעירים. עכשיו, אתם יכולים לחשוב על אלה כגרסאות רובוטיות למשהו שמוכר לכולכם: נמלה. כולנו יודעים שנמלים וחרקים אחרים בקנה המידה הזה יכולים לעשות דברים מדהימים. כולנו ראינו קבוצות של נמלים, או גרסה כלשהי של זה, נושאים צי'פס בפיקניק, לדוגמה.
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.
אבל מהם האתגרים האמיתיים בהנדסת הנמלים האלה? ובכן, ראשית, איך אנחנו משיגים את היכולות של נמלה ברובוט באותו קנה מידה? ובכן, ראשית אנחנו צריכים להבין איך לגרום להם לנוע כשהם כל כך קטנים. אנחנו צריכים מנגנונים כמו רגליים ומנועים יעילים כדי לתמוך בתנועה הזו, ואנחנו צריכים חיישנים, כוח ושליטה בכדי להצליח לעשות את הכל יחד ברובוט נמלה חצי אינטיליגנטי. ולבסוף, כדי לעשות את הדברים האלה באמת פעילים, אנחנו צריכים הרבה מעם שעובדים יחד כדי לעשות דברים גדולים יותר.
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.
אז אני אתחיל בתנועה. חרקים נעים ממש טוב. הסרטון הזה מאוניברסיטת ברקלי. הוא מראה מקק נע על פני שטח ממש קשים בלי ליפול, והוא מסוגל לעשות את זה בגלל שהרגלים שלו הן שילוב של חומרים קשיחים, בהם אנחנו משתמשים באופן מסורתי ברובוטים, וחומרים רכים. קפיצה היא עוד דרך ממש מעניינת להסתובב כשאתם ממש קטנים. אז החרקים האלה אוגרים אנרגיה בקפיץ ומשחררים אותה ממש מהר כדי לקבל את הכוח החזק שהם צריכים כדי לקפוץ מהמים, לדוגמה.
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.
אז אחת התרומות הגדולות מהמעבדה שלי היתה לשלב חומרים קשיחים ורכים במנגנונים ממש ממש קטנים. אז המנגנון הקופץ הזה הוא ברוחב של בערך ארבעה מילימטר, אז ממש זעיר. החומר הקשיח פה הוא סיליקון, והחומר הרך הוא גומי סיליקון. והרעיון הבסיסי הוא שאנחנו נדחוס את זה, נאגור אנרגיה בקפיצים, ואז נשחרר אותה כדי לקפוץ. אז אין מנועים עליו כרגע, אין כוח. זה מונע למעשה עם שיטה שנקראת במעבדה שלנו "סטודנט לתואר שני עם מלקחיים." (צחוק) אז מה שתראו בסרטון הבא זה הבחור הזה שמצליח ממש טוב בקפיצות שלו. אז זה ארון, הסטודנט לתואר שני המדובר, עם מלקחיים, ומה שאתם רואים זה את המנגנון באורך ארבעה מילימטר פה קופץ לגובה של כמעט 40 סנטימטר. זה כמעט פי 100 מהאורך שלו. והוא שורד, קופץ על השולחן, הוא מאוד עמיד, וכמבן שרד ממש טוב עד שאיבדנו אותו מפני שהוא כל כך זעיר.
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.
בסופו של דבר, אנחנו רוצים להוסיף לזה גם מנועים, ויש לנו סטודנטים במעבדה שעובדים על מנועים בגודל מילימטר שנוכל לבסוף לשלב לתוך רובוטים זעירים אוטונומים. אבל כדי להביט בתנועתיות ותנועה בקנה המידה הזה, אנחנו מרמים ומשתמשים במגנטים. אז זה מראה מה יהיה לבסוף חלק מרגל של מיקרו רובוט. ואתם יכולים לראות את מפרקי גומי הסיליקון ויש מגנט מוטמע שנע על ידי שדה מגנטי חיצוני.
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.
אז זה מוביל לרובוט שהראתי לכם מוקדם יותר. הדבר הבאמת מעניין שהרובוט הזה יכול לעזור להבין זה איך חרקים נעים בקנה המידה הזה. יש לנו מודל טוב של איך הכל ממקקים על לפילים נעים. כולנו נעים בסוג של דרך קופצנית כשאנחנו רצים. אבל כשאני ממש קטן, הכוחות בין הרגלים שלי והקרקע ישפיעו על התנועה שלי הרבה יותר מהמאסה שלי, שזה מה שגורם לתנועה הקופצנית. אז הבחור הזה לא עובד עדיין, אבל יש לנו גרסה מעט גדולה יותר שכן מתרוצצת. אז זו בערך סנטימטר מרובע, סנטימטר בצד, אז מאוד קטנה, וגרמנו לה לרוץ בערך 10 אורכי גוף בשניה, אז 10 סנטימטר בשניה. זה די מהיר לבחור קטן, וזה באמת מוגבל רק על ידי ציוד הניסוי שלנו. אבל זה נותן לכם רעיון על איך הוא עובד עכשיו. אנחנו יכולים גם ליצור גרסאות מודפסות בתלת מימד של זה שיכולות לטפס על מכשולים, ממש כמו המקקים שראיתם קודם לכן.
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.
אבל בסופו של דבר אנחנו רוצים להוסיף הכל על הרובוט. אנחנו רוצים חישה, כוח, שליטה, ופעולה כולם יחד, ולא הכל צריך לקבל השראה מהביולוגיה. אז הרובוט הזה הוא בערך בגודל של טיק טק. ובמקרה הזה, במקום מגנטים או שרירים כדי לנוע, אנחנו משתמשים בטילים. אז זה חומר אנרגטי במיקרו יצור, ואנחנו יכולים ליצור פיקסלים זעירים של זה, ואנחנו יכולים לשים את אחד הפיקסלים האלה על בטן הרובוט, והרובוט הזה, אז, יקפוץ כשהוא חש התגברות באור.
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.
אז הסרטון הבא הוא אחד האהובים עלי. יש יש רובוט ששוקל 300 מיליגרם קופץ לגובה של בערך שמונה סנטימטרים, והוא בגודל של רק ארבעה על ארבעה על שבעה מילימטרים. ואתם תראו פלאש גדול בהתחלה כשהאנרגיה מתפרצת, והרובוט מסתובב באויר. אז הנה הפלאש הגדול הזה, ואתם יכולים לראות את הרובוט קופץ באויר. אז אין חוטים עליו, ללא חוטים שמחברים אותו. הכל עליו, והוא קופץ כתגובה לסטודנט שרק מדליק מנורת שולחן לידו.
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.
אז אני חושבת שאתם יכולים לדמיין את כל הדברים המגניבים שנוכל לעשות עם רובוטים שיכולם לרוץ ולזחול ולקפוץ ולהתגלגל בקנה מידה כזה. דמיינו את הר החורבות שאתם מקבלים אחרי אסון טבע כמו רעידת אדמה. דמיינו את הרובוטים הזעירים האלה רצים דרך ההריסות כדי לחפש ניצולים. או דמיינו הרבה רובוטים קטנים רצים על גשר כדי לבחון אותו ולוודא שהוא בטוח כך שלא יהיו לכם התמוטטויות כאלה, שהתרחשה מחוץ למיניאפוליס ב 2007, או רק דמיינו מה הייתם יכולים לעשות אם היה לכם רובוט שיכול לשחות דרך הדם שלכם. נכון? "המסע המופלא," אייזק אסימוב. או שהם יוכלו לנתח בלי לחתוך אתכם מהתחלה. או שנוכל לשנות באופן רדיקלי את הדרך בה אנחנו בונים דברים אם היו לנו את הרובוטים הזעירים שלנו שיעבדו כמו טרמיטים, והם יבנו את התלים המדהימ האלה בגובה שמונה מטרים, באופן אפקטיבי בנייני דירות מאווררים היטב לטרמיטים באפריקה ואוסטרליה.
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.
אז אני חושבת שנתתי לכם כמה אפשרויות למה אנחנו יכולים לעשות עם הרובוטים הקטנים האלה. ועשינו כמה התקדמויות אבל יש עוד דרך ארוכה לעבור, ובתקווה כמה מכם תוכלו לתרום ליעד הזה.
Thanks very much.
תודה רבה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)