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.
Meus alunos e eu trabalhamos com robôs muito pequenos. Você pode pensar neles como versões robóticas de algo que lhes é muito familiar: uma formiga. Todos sabemos que as formigas e outros insetos dessa escala podem fazer coisas incríveis. Todos já vimos um grupo de formigas, ou alguma versão disso, carregando seus salgadinhos em um piquenique, por exemplo.
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.
Mas quais são os reais desafios da engenharia destas formigas? Bem, em primeiro lugar, como colocar os recursos de uma formiga em um robô de mesma escala de tamanho? Primeiro precisamos descobrir como fazê-los se mover, quando são tão pequenos. Precisamos de pernas e motores eficientes para apoiar essa locomoção, e precisamos de sensores, energia e controle para juntar tudo isso em um robô formiga semi-inteligente. E, por fim, para fazê-los realmente funcionais, queremos um monte deles trabalhando juntos, para fazerem coisas maiores.
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.
Então, começarei com a mobilidade. Os insetos movem-se surpreendentemente bem. Este vídeo é da UC Berkeley. Mostra uma barata em movimento num terreno muito acidentado sem se virar, e ela é capaz disso porque suas pernas são uma combinação de materiais rígidos, o que tradicionalmente usamos para fazer os robôs, e materiais flexíveis. Saltar é outra forma interessante de se locomover quando se é muito pequeno. Então, estes insetos armazenam energia em uma mola e a liberam muito rapidamente para obterem a alta energia que precisam para saltar da água, por exemplo.
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.
Assim, uma das grandes contribuições do meu laboratório foi a de combinar materiais rígidos e flexíveis em mecanismos muito, muito pequenos. Este mecanismo de salto tem cerca de quatro milímetros de um lado, então, é realmente pequeno. O material rígido aqui é de silício, e o flexível é borracha de silicone. E a ideia básica é que vamos comprimir isso, armazenar energia nas molas, e liberá-la para saltar. Portanto, não há motores nele, nenhuma energia. Ele é acionado por um método que no laboratório chamamos "aluno de pós-graduação com pinças." (Risos) O que vocês verão no próximo vídeo é esse cara saltando surpreendentemente bem. Este é o Aaron, o estudante de pós-graduação em questão, com a pinça, e o que vocês veem é esse mecanismo de quatro milímetros saltando quase 40 centímetros de altura. Isso é quase 100 vezes seu próprio comprimento. E ele sobrevive, salta sobre a mesa, é incrivelmente forte, e é claro, sobrevive muito bem até que o perdemos, porque ele é muito pequeno.
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.
Enfim, também queremos adicionar motores nisso, e temos alunos trabalhando em motores de tamanhos milimétricos para poder integrá-los a pequenos robôs autônomos. Mas, para trabalhar com mobilidade e locomoção nesta escala de tamanho, estamos trapaceando e usando ímãs. Isso mostra o que seria parte de uma perna microrrobô, e pode-se ver as juntas de borracha de silicone e há um ímã embutido sendo movido por um campo magnético externo.
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.
Isso nos leva ao robô que eu lhes mostrei mais cedo. O mais interessante que este robô pode nos ajudar a descobrir é como os insetos se movem nessa escala. Temos um modelo muito bom para tudo, desde o movimento de uma barata ao de um elefante. Todos nos movemos dessa forma saltitante quando corremos. Mas quando eu sou bem pequeno, as forças entre os meus pés e o chão afetarão minha locomoção muito mais do que a minha massa, que é o que causa o movimento saltitante. Esse cara ainda não funciona bem, mas temos versões ligeiramente maiores que funcionam. Trata-se de um centímetro cúbico, um centímetro lateral, muito pequeno, e ele percorreu 10 comprimentos corporais por segundo, 10 centímetros por segundo. Ele é bem rápido para um cara tão pequeno, e só é limitado por nossa configuração de teste. Mas isso lhes dá uma ideia de como ele funciona agora. Também podemos imprimir versões 3D dele que podem passar por cima de obstáculos, muito parecidos com a barata que vocês viram anteriormente.
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.
Mas, por fim, queremos adicionar tudo ao robô. Queremos sensação, energia, controle, atuando em conjunto, e nem tudo precisa ser inspirado na biologia Este robô é do tamanho de um Tic Tac. E, neste caso, em vez de ímãs ou músculos para movê-lo, nós usamos foguetes. Este é um material energético microfabricado, e podemos criar minúsculos pixels dele, e podemos colocar um desses pixels na barriga deste robô, e ele vai saltar quando detectar um aumento da luz.
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.
O próximo vídeo é um dos meus favoritos. Temos este robô de 300 miligramas saltando cerca de oito centímetros no ar. Ele tem apenas 4 x 4 x 7 milímetros de tamanho. E vocês verão um grande flash no início quando a energia é iniciada, e o robô dá cambalhotas no ar. Então, houve aquele grande flash, e podemos ver o robô pulando no ar. Portanto, não há cordas, não há fios conectados a ele. Está tudo acoplado, ele pulou em resposta ao aluno acendendo uma lâmpada próxima a ele.
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.
Então vocês podem imaginar todas as coisas legais que poderíamos fazer com robôs que correm, rastejam, saltam e rolam, com esta escala de tamanho. Imaginem os escombros que ficam após um desastre natural como um terremoto. Pensem nesses pequenos robôs atravessando os escombros, procurando por sobreviventes. Ou imaginem um monte de pequenos robôs circundando uma ponte para inspecioná-la e certificar que é segura, assim, não haverá colapsos como este que aconteceu próximo de Minneapolis, em 2007. Ou imagine o que você poderia fazer se houvesse robôs que nadassem através de seu sangue. Certo? "Viagem fantástica", Isaac Asimov. Ou eles poderiam operá-lo sem ter que cortá-lo, em princípio. Ou poderíamos mudar radicalmente a forma de construir coisas se nossos minúsculos robôs trabalharem como os cupins, e construírem esses incríveis montes de oito metros, apartamentos efetivamente bem ventilados para outros cupins na África e Austrália.
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.
Então, eu acho que dei algumas possibilidades do que podemos fazer com esses pequenos robôs. E já fizemos alguns avanços até agora, mas ainda há um longo caminho a trilhar, e espero que alguns de vocês possam contribuir para esse destino.
Thanks very much.
Muito obrigada.
(Applause)
(Aplausos)