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.
Saya dan mahasiswa saya sedang membuat robot yang sangat kecil. Anda bisa menganggapnya sebagai versi robotik dari sesuatu sangat familiar dengan Anda: seekor semut. Kita semua tahu kalau semut dan serangga lain yang seukuran dapat melakukan hal-hal yang mengagumkan. Kita pernah melihat sekawanan semut atau serangga lain menyeret keripik kentang Anda ketika piknik misalnya.
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.
Lalu apa tantangan dalam merekayasa semut semacam ini? Pertama-tama, bagaimana menciptakan kemampuan yang sama dengan seekor semut di dalam robot dengan ukuran yang sama? Pertama, kita mesti tahu cara mereka bergerak dengan ukuran sekecil itu. Kita butuh mesin seperti kaki dan motor yang efisien untuk bisa menunjang daya geraknya. Dan kita butuh sensor, sumber tenaga, dan kendali agar dapat menggabungkan semuanya menjadi sebuah robot semut semi-cerdas. Lalu terakhir, untuk membuatnya bekerja dengan baik, mereka harus bekerja sama dalam jumlah banyak untuk melakukan hal lebih besar.
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.
Baiklah, saya akan mulai dengan mobilitasnya. Serangga bergerak dengan sangat baik. Video ini didapat dari UC Berkeley. Ini menunjukkan kecoa bergerak di permukaan yang kasar tanpa tersandung. Ia dapat melakukannya karena pada kakinya ada kombinasi material yang keras, yang dulu kita gunakan untuk membuat robot, dan material yang lunak. Melompat adalah cara menarik untuk pindah tempat jika Anda berukuran kecil. Serangga ini menyimpan energi lewat pegas dan melepaskannya dengan cepat agar mendapat kekuatan besar untuk lompat dari air misalnya.
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.
Salah satu kontribusi besar dari laboratorium saya adalah mengombinasikan material keras dan lunak dalam mesin yang sangat kecil. Mesin pelompat ini panjangnya sekitar empat milimeter, jadi sangatlah kecil. Material kerasnya dari silikon, dan yang lunak dari karet silikon. Ide dasarnya adalah kita akan memadatkannya, menyimpan energi di pegas, dan melepasnya untuk melompat. Mesin ini tidak menggunakan motor, tanpa sumber energi. Ini dijalankan dengan metode yang di lab kami sebut - "mahasiswa dengan pinset." - (Tawa) Yang Anda lihat di video selanjutnya adalah robot yang sangat pandai sekali melompat. Ini Aaron, mahasiswa yang tadi disebut, dengan pinsetnya, dan yang Anda lihat yaitu mesin berukuran empat milimeter melompat hampir setinggi 40 cm. Itu hampir 100 kali panjang tubuhnya. Dan ia tahan, melambung di atas meja, sangat kuat, dan tentu bertahan baik sampai ia hilang karena saking kecilnya.
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.
Pada akhirnya, kami ingin menambahkan motor, dan mahasiswa di lab kami mengerjakan motor berukuran milimeter untuk dapat digabungkan dengan robot kecil yang otomatis. Untuk bisa meneliti mobilitas dan daya gerak benda sekecil ini, kami menggunakan bantuan magnet. Ini menunjukkan bagian yang nantinya menjadi kaki robot mikro, Anda bisa lihat sambungan karet silikonnya dan di situ ada magnet tanam yang digerakkan oleh medan magnet eksternal.
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.
Ini menghasilkan robot yang saya tunjukkan tadi. Hal menarik yang bisa robot ini tunjukkan pada kita adalah bagaimana serangga bergerak di skala ini. Kami punya model bagus tentang gerak binatang dari ukuran kecoa hingga gajah. Kita semua melambung seperti ini ketika lari. Namun ketika ukurannya kecil, gaya antara kaki dan tanah akan lebih berpengaruh pada daya gerak daripada massa, yang menyebabkan gerakan melambung itu. Robot ini belum sepenuhnya berhasil namun kami punya versi agak lebih besar yang bisa berlari-lari. Ini kubus berukuran kira-kira satu cm per sisinya, jadi sangat kecil, dan ia bisa lari sejauh 10 kali panjang tubuhnya per detik, jadi 10 cm per detik. Cukup cepat untuk sebuah robot yang kecil, karena ia terbatas oleh susunan percobaan kami. Namun ini menggambarkan pada Anda cara kerjanya. Kami juga dapat membuat versi cetak 3Dnya yang bisa memanjat hambatan, sangat mirip seperti kecoa yang Anda lihat tadi.
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.
Pada akhirnya kami ingin menambahkan semuanya ke robot ini. Kami ingin indera peraba, sumber tenaga, kontrol, dan penggerak sekaligus, dan tidak semua mesti terinspirasi oleh biologi. Robot ini ukurannya sebesar Tic Tac. Dan di sini, alih-alih magnet atau otot untuk penggerak, kami gunakan roket. Jadi ini adalah material energetik ukuran mikro, dan kita bisa menciptakan versi piksel mininya, dan menaruhnya di perut robot ini, dan si robot akan melompat ketika ia mendeteksi peningkatan cahaya.
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.
Video berikut ini salah satu favorit saya Robot yang beratnya 300 miligram ini melompat sekitar delapan cm di udara. Ukurannya hanya 4 x 4 x 7 mm. Anda bisa lihat ada kilatan cahaya sebelumnya yang mengaktifkan energetik, dan robotnya melompat di udara. Jadi ada kilatan besar, dan Anda bisa lihat robotnya melompat di udara. Tanpa penambat, tanpa kabel yang terhubung. Segalanya ada di robot yang melompat karena mahasiswa tadi menyalakan lampu di sebelahnya.
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.
Saya pikir Anda bisa bayangkan segala hal keren yang bisa kita lakukan dengan robot yang bisa lari, merambat, melompat, dan berguling dengan ukuran ini. Bayangkan reruntuhan akibat bencana alam seperti gempa bumi. Bayangkan robot kecil ini berlarian di reruntuhan itu mencari korban selamat. Bayangkan banyak robot kecil berlari di sekitar jembatan untuk memeriksa apakah jembatan itu aman sehingga tidak ada jembatan ambruk, seperti yang terjadi di luar Minneapolis tahun 2007. Bayangkan apa yang bisa Anda lakukan kalau ada robot yang bisa berenang di pembuluh darah. Ya kan? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov. Atau mereka dapat mengoperasi tanpa harus membedah Anda. Atau kita dapat mengubah total cara kita membangun sesuatu jika kita punya robot kecil yang kerjanya sama seperti rayap, dan membangun gundukan luar biasa besar setinggi delapan meter, sebuah apartemen berventilasi lengkap untuk rayap lainnya seperti yang ada di Afrika dan Australia.
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.
Saya pikir saya sudah berikan beberapa kemungkinan yang bisa kita lakukan dengan robot kecil ini. Kita telah membuat banyak kemajuan, namun perjalanan masih panjang, semoga Anda juga bisa berkontribusi untuk tujuan yang sama.
Thanks very much.
Terima kasih banyak.
(Applause)
(Tepuk tangan)