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.
I miei studenti ed io lavoriamo su minuscoli robot. Vedeteli come versioni robotiche di una cosa che conoscete bene: una formica. Sappiamo che le formiche e altri insetti in questa scala possono fare cose incredibili. Abbiamo visto tutti gruppi di formiche, o qualcosa di simile, portarsi via il sacchetto di patatine a un picnic, per esempio.
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.
Ma quali sono le grandi sfide nel ricreare queste formiche? Prima di tutto, come trasferire le capacità di una formica in un robot nella stessa scala? Prima di tutto dobbiamo capire come farle muovere quando sono così piccole. Ci servono meccanismi come gambe e motori efficienti per poter gestire la locomozione, e ci servono sensori, potenza e controllo per poter mettere tutto insieme in una formica robot semi-intelligente. Infine, per rendere queste cose realmente funzionali, ce ne servono molte che lavorano insieme per fare cose più grandi.
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.
Inizierò con la mobilità. Gli insetti si muovono meravigliosamente bene. Questo video è dell'Università di Berkeley. Mostra uno scarafaggio che si sposta su un terreno molto sconnesso senza ribaltarsi, ed è capace di farlo perché le sue gambe sono una combinazione di materiali rigidi, ossia quello che tradizionalmente usiamo per fare i robot, e materiali morbidi. Saltare è un'altro modo interessante di spostarsi quando si è molto piccoli. Questi insetti immagazzinano energia in una molla e la rilasciano molto rapidamente
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.
per avere l'energia necessaria per saltare fuori dall'acqua. Uno dei grandi contributi del mio laboratorio è stato quello di combinare materiali rigidi e morbidi in meccanismi molto piccoli. Questo meccanismo di salto è di quattro millimetri da un lato, quindi minuscolo. Il materiale rigido è silicone, e quello morbido gomma di silicone. L'idea di base è comprimerla, immagazzinare energia nelle molle, e rilasciarla per saltare. Non ci sono motori, niente alimentazione. Viene attivato con un metodo che nel mio laboratorio chiamiamo "studente specializzando con pinzette." (Risate) Vedrete nel video successivo questo ragazzo che fa dei salti meravigliosi. Questo è Aaron, lo studente in questione, con le pinzette, e vedete questo meccanismo da quattro millimetri che salta 40 centimetri in altezza. È quasi 100 volte la sua lunghezza. E sopravvive, rimbalza sul tavolo, è incredibilmente robusto, e sopravvive abbastanza bene finché non lo perdiamo
Ultimately, though, we want to add motors to this too,
perché è minuscolo.
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.
Infine, vogliamo aggiungere anche i motori, abbiamo studenti in laboratorio che lavorano su motori millimetrici da integrare alla fine su piccoli robot autonomi. Ma per poter vedere la mobilità e la locomozione su questa scala, imbrogliamo e usiamo magneti. Questo mostra quello che sarà parte di una micro-zampa di robot, vedete i giunti di gomma di silicone e un magnete incorporato che si sposta a causa di un campo magnetico esterno.
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.
Questo porta al robot che vi ho mostrato prima. La cosa interessante che questo robot può aiutarci a capire è come gli insetti si muovono su questa scala. Abbiamo ottimi modelli di come ogni cosa, dallo scarafaggio all'elefante, si muove. Ci spostiamo tutti rimbalzando in questo modo, correndo. Ma in chi è veramente piccolo, le forze tra i piedi e il suolo influenzano la locomozione molto più della massa, che è quello che causa quel moto rimbalzante. Questo non funziona ancora bene, ma abbiamo delle versioni più grandi che corrono. Questo è di un centimetro cubo, un centimetro per lato, quindi minuscolo, e l'abbiamo fatto correre circa 10 lunghezze del corpo al secondo, quindi 10 cm al secondo. È piuttosto veloce per un piccoletto, ed è limitato solo dalle nostre impostazioni di test. Ma vi dà un'idea di come funziona. Possiamo anche farne altre versioni con stampe 3D che si arrampicano su ostacoli, come lo scarafaggio che avete visto prima.
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.
Ma alla fine vogliamo aggiungere tutto su questo robot. Vogliamo sensori, potenza, controllo, azioni tutto insieme, e non tutto deve essere ispirato alla biologia. Questo robot ha la dimensione di un Tic Tac. In questo caso, invece di magneti o muscoli per spostarlo, usiamo razzi. Questo è un materiale energetico micro-fabbricato, e ne possiamo creare minuscoli pixel e possiamo mettere uno di questi pixel sulla pancia di questo robot, e questo robot salterà quando percepisce un aumento di luminosità.
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.
Il prossimo video è uno dei miei preferiti. Abbiamo questo robot da 300 milligrammi che salta fino a otto centimetri in altezza. Misura solo quattro per quattro per sette millimetri. E vedrete un grande flash all'inizio quando l'energia viene rilasciata, e il robot fa le capriole in aria. C'è stato questo grande flash, e vedete il robot che salta in aria. Non ci sono cavi di collegamento. Tutto è all'interno, e salta in reazione a uno studente che accende una lampada da tavolo.
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.
Credo possiate immaginare tutte le cose che possiamo fare con robot che possono correre, strisciare, saltare e rotolarsi su questa scala. Immaginate le macerie dopo un disastro naturale come un terremoto. Immaginate questi piccoli robot correre tra le macerie in cerca di sopravvissuti. Immaginate tanti piccoli robot che corrono intorno a un ponte per ispezionarlo e metterlo in sicurezza in modo che non crolli in questo modo, cosa che è successa vicino a Minneapolis nel 2007. O immaginate solo cosa potreste fare se aveste robot che sanno nuotare nel vostro sangue. Giusto? "Viaggio allucinante", Isaac Asimov. O poter operare senza dover tagliare. Potremmo cambiare radicalmente modo di costruire le cose se potessimo far funzionare i nostri minuscoli robot come le termiti, costruiscono questi cumuli di otto metri di altezza, edifici abitativi ben ventilati per altre termiti in Africa e 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.
Penso di avervi dato idea di alcune delle cose che possiamo fare con questi piccoli robot. Abbiamo fatto progressi, ma c'è ancora molto da fare, e, spero, qualcuno di voi può contribuire all'obiettivo.
Thanks very much.
Grazie infinite.
(Applause)
(Applausi)