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.
A tanítványaimmal nagyon apró robotokon dolgozunk. Ezeket úgy képzelhetik, mint a robotizált változatát egy mindenki által jól ismert állatnak: a hangyának. Mindannyian tudjuk, hogy a hangyák és más ilyen apró rovarok hihetetlen dolgokra képesek. Mindenki látta már, amikor például egy csoport hangya vagy hasonló, egy pikniken elcipel egy darab sült krumplit.
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.
De melyek az igazi kihívások ezeknek a hangyáknak a tervezésében? Nos, először is, hogyan tudjuk kialakítani egy hangya képességeit egy hasonló méretű robotban? Először is rá ki kell találnunk, hogyan mozgathatjuk őket, mikor olyan kicsik. Szükségünk van olyan mechanizmusokra, mint a lábak, és hatékony motorokra a mozgatásukhoz, továbbá kellenek szenzorok, áram és vezérlés, hogy minden együtt legyen egy kváziintelligens hangyányi robotban. Végül, a teljes funkcionalitás érdekében azt akarjuk, hogy tudjanak többen együtt dolgozni, nagyobb feladatok elvégzése érdekében.
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.
A mozgékonysággal kezdeném. A rovarok csodálatosan jól mozognak. Ez egy videó a UC Berkeley-ről. Bemutatja egy svábbogár mozgását egy egyenetlen területen, felborulás nélkül. Azért képes erre, mert lábait a hagyományosan robotkészítéshez használt merev anyagok és puha anyagok kombinációja alkotja. Az ugrás egy másik nagyon érdekes módja a jövés-menésnek, ha kicsik vagyunk. Így ezek a rovarok rugókban tárolják az energiát, és ezért tudnak igazán gyorsan nagy energiához jutni, például a vízen ugráláshoz.
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.
Így a laborom egyik legnagyobb eredménye a merev és a puha anyagok összekötése volt nagyon, nagyon kicsi szerkezetekben. Ez az ugrószerkezet kb. 4 mm hosszú, így igazán apró. Itt a kemény anyag a szilícium, a puha anyag pedig szilikongumi. Az alapötlet az, hogy ezt összenyomjuk, az energiát a rugókban tároljuk, majd az ugráshoz elengedjük. Így nincsenek motorok rajta, emiatt most, nincs áram. Ezt a mozgatórendszert a laborban úgy hívjuk, hogy "doktorandusz csipesszel". (Nevetés) Mint láthatják a következő videóban, ez a fickó csodálatosan jól hajtja végre ezt az ugrást. Nos, ez itt Aaron, a szóban forgó hallgató, a csipesszel, és mint látják, ez a 4 mm-es szerkezet majdnem 40 cm magasra ugrik. Ez majdnem százszorosa a saját hosszának. És túléli az ugrálásokat az asztalon. Hihetetlenül robusztus, és természetesen életben marad, amíg el nem veszítjük, mert ugyebár, nagyon apró.
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.
Végső soron, majd motorokat is akarunk szerelni bele, így diákjaink a laborban milliméteres motorokon is dolgoztak, amelyek végül beintegrálhatóak ezekbe az apró autonóm robotokba. Hogy megnézzük a mozgékonyságot és helyváltoztatást ebben a mérettartományban, kicsit csalunk és mágnest használunk. Itt látható, mi lenne végül is egy mikrorobot lábának a része, és láthatják a szilikongumi ízületeket, és ott van egy beágyazott mágnes, amit egy külső mágneses mező mozgat.
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.
Tehát ez vezet a robothoz, amit korábban mutattam. Az igazán érdekes dolog, hogy ez a robot segíthet nekünk megállapítani, hogyan mozognak a rovarok ilyen méretnél. Egy jó modellünk van minden mozgás tanulmányozására a csótánytól az elefántig. Valamennyien ilyen ugrálósan mozgunk, amikor futunk. De amikor nagyon kicsi vagyok, a lábaim és a föld közötti erők sokkal jobban befolyásolják a mozgásomat, mint a tömegem, és ez okozza azt az ugrálós mozgást. Így ez a fickó még nem működik elég jól. De vannak már kicsivel nagyobb változatok, amelyek tényleg szaladgálnak. Nos ez egy kb. 1cm-es kocka, 1 cm hosszú egy oldala, tehát igen apró, és rá tudtuk venni, hogy másodpercenként kb. 10 testhossznyi, azaz 10 cm/s sebességgel fusson. Ez elég gyors egy ilyen kis fickónak, és ezt igazán csak a tesztkörnyezetünk korlátozza. Azonban ez ad néhány ötletet, hogyan működik ez most. Tudunk 3D-s nyomtatott változatokat is készíteni, ezek akadályokon is átkelnek, a korábban látott csótányokhoz hasonlóan.
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.
De végső soron mindent be akarunk építeni magába a robotba. Egyszerre akarunk érzékelést, energiát, vezérlést és mozgatást, és nem kell mindenhez az ötletet a biológiából venni. Ez a robot kb. akkora, mint egy Tic-Tac. Ebben az esetben, a mágnesek és izmok helyett a mozgatásához rakétákat használunk. Nos, ez egy mikromegmunkált energiahordozó anyag, apró képpontokat tudunk készíteni belőle, és egy ilyen képpontot el tudunk helyezni ennek a robotnak a hasán. Ez a robot ezután ugrani fog, amikor erős fényt érzékel.
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.
Ez a videó az egyik kedvencem. Itt látnak egy 300 mg-os robotot, amint 8 cm magasra ugrik a levegőbe. A mérete mindössze 4 x 4 x 7 mm. Látni fognak egy nagy villanást az elején, amikor az energia felszabadul, és a robot hánykolódik a levegőben. Na, ez volt az a nagy villanás, és láthatják, ahogy a robot felugrik a levegőbe. Nincsenek rajta zsinórok, nincsenek vezetékek. Minden bele van építve, és már ugrik is, amikor a hallgató a mellette lévő lámpát felvillantja.
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.
Azt hiszem, el tudják képzelni, milyen új dolgokat, csinálhatunk ilyen méretű, futni, mászni, ugrani és forogni képes robotokkal. Képzeljék el egy természeti katasztrófa, például egy földrengés utáni törmeléket. Képzeljék el ezeket a robotokat, ahogy átnézik ezt a törmeléket, túlélőket keresve. Vagy képzeljenek el sok kis robotot, amelyek egy hídon szaladgálva ellenőrzik és vizsgálják, hogy az biztonságos-e, és nem omlik össze önök alatt, mint ez 2007-ben, Minneapolis közelében. Vagy csak képzeljék el, hogy mit tehetnének, ha lennének robotjaik, amelyek tudnak úszni a vérükben. Ugye? "Fantasztikus utazás", Isaac Asimov. Vagy tudnának operálni anélkül, hogy előtte fel kéne vágni önöket. Vagy gyökeresen tudnánk változtatni az építkezéseken, ha lennének apró robotjaink, amelyek ugyanúgy dolgoznak, mint a termeszek, és felépítik ezeket a hihetetlen, nyolc méter magas halmokat, hatékonyan és jól szellőztethető lakóépületeket más termeszeknek Afrikában és Ausztráliában.
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.
Azt hiszem, mutattam önöknek néhány dolgot, hogy mi mindent lehet csinálni kicsi robotokkal. Már eljutottunk valameddig, de hosszú utat kell még bejárnunk, és remélhetőleg önök közül is néhányan majd hozzájárulnak
Thanks very much.
a cél eléréséhez. Nagyon köszönöm.
(Applause)
(Taps)