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.
Eu și studenții mei lucrăm cu roboței foarte mici. Îi puteți considera niște versiuni robotizate a ceva ce vă e cunoscut: o furnică. Cu toții știm că furnicile și alte insecte de aceeași mărime pot face lucruri incredibile. Cu toții am văzut un grup de furnici sau ceva similar, tîrînd un chips de cartofi cînd sunteți la un picnic, de exemplu.
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.
Dar care sunt greutățile în conceperea acestor furnici? Mai întîi, cum implementăm abilitatea unei singure furnici într-un robot de aceeași mărime? Întîi trebuie să descoperim cum să le facem să miște cînd sunt atît de mici. E nevoie de mecanisme ca picioare și motoare eficiente să susțină această locomoție. Mai e nevoie de senzori, sursă de energie și control pentru a le comasa pe toate într-o furnică robot semi-inteligentă. În fine, ca toate să fie funcționale, trebuie ca mai multe furnici să coopereze ca să facă lucruri mai mari.
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.
Deci voi începe cu mobilitatea. Insectele se mișcă incredibil de bine. Iată un clip de la UC Berkeley: un gîndac de bucătărie se mișcă pe o suprafață plină de obstacole fără să se răstoarne. Și face asta pentru că picioarele sunt o combinație de materiale rigide, ceea ce folosim de obicei la roboți, și materiale moi. Și săritul e o metodă eficientă de a te deplasa cînd ești mic. Aceste insecte stochează energie într-un arc, eliberînd-o foarte rapid pentru a obține forța mare necesară pentru a sări din apă, de exemplu.
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.
O contribuție majoră în laboratorul meu a fost de a combina materiale rigide și moi în mecanisme foarte mici. Acest mecanism de sărit are 4 mm pe laterală, deci minuscul. Materialul rigid aici e siliciul, și cel moale e cauciucul siliconic. În esență, o să le comprimăm, stocăm energie în arc, și apoi o eliberăm pentru a sări. Nu există nici motor, nici sursă de energie. E acționată printr-o metodă pe care în laborator o numim: „masterand cu pensetă” (Rîsete) Veți vedea în următorul video un student căruia îi reușește să producă aceste sărituri. Acesta e Aaron, masterandul cu pensetă, și ce vedeți e un mecanism de 4 mm care sare la 40 cm înălțime, de 100 de ori cît propria lungime. Și supraviețuiește, țopăie pe masă, e incredibil de robust și desigur supraviețuiește mult pînă îl pierdem, pentru că e foarte mic.
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.
Pînă la urmă dorim totuși să-i adăugăm și motoare Avem studenți în laborator care lucrează pe motoare milimetrice pe care să le integreze în mici roboți autonomi. Însă ca să rezolvăm mobilitatea și locomoția la această scară trișăm și utilizăm magneți. Iată cum va arăta o parte a unui picior micro-robotic, vedeți articulațiile din cauciuc siliconic și magnetul încorporat mișcat de un cîmp magnetic extern. Așa am realizat robotul pe care l-ați văzut înainte.
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.
E interesant că acest robot ne ajută să aflăm cum se mișcă insectele așa mici. Avem un model foarte bun de locomoție de la un gîndac pînă la un elefant. Cu toții ne mișcăm într-un mod săltăreț cînd fugim. Dar cînd sunt foarte mic, forțele dintre picioare și pămînt îmi afectează locomoția mult mai mult decît masa, provocînd acea mișcare săltăreață. Acest gîndac încă nu se mișcă, însă avem versiuni mai mari care se pot mișca. Ăștia sunt de 1 cm cub 1 cm pe laterală, foarte mici. I-am făcut să alerge 10 lungimi de corp pe secundă, deci 10 cm pe secundă. E destul de rapid pentru un roboțel atît de mic și e limitat doar de setarea de probă. Vă puteți face o idee despre cum merge. Putem face și versiuni imprimate 3D ce pot depăși obstacole ca gîndacul pe care l-ați văzut anterior.
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.
Dar în final vrem să adăugăm de toate robotului. Dorim senzori, energie, control, mișcare, toate la un loc, și nu e nevoie să fie totul de inspirație biologică. Acest robot e de mărimea unui Tic-Tac. În acest caz, în loc de magneți sau mușchi care să miște totul, utilizăm rachete. Iată un material energetic micro-fabricat, cu care putem crea pixeli minusculi. Punem unul din acei pixeli pe burta robotului, și robotul sare cînd percepe o creștere în intensitatea luminii.
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.
Următorul video e favoritul meu. Avem un robot de 300 mg care sare la aproape 8 cm în aer. E numai 4 x 4 x 7 mm. Și o să vedeți un bliț la început cînd e declanșată energia și robotul se rostogolește prin aer. Iată blițul puternic, și iată robotul sărind în aer. Nu are suporturi, nici fire conectate. Totul e compact și sare ca răspuns la lumina veiozei pe care o aprinde studentul.
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.
Vă imaginați toate lucrurile interesante pe care le putem face cu roboți de această mărime ce pot fugi, se pot tîrî, sări și rostogoli. Imaginați-vă molozul de după un cataclism natural sau un cutremur. Imaginați-vă mici roboței alergînd prin moloz să caute supraviețuitori. Sau imaginați-vă o mulțime de roboței care fug pe un pod ca să verifice dacă e în siguranță ca să nu se întîmple prăbușiri ca aceea care s-a petrecut în Minneapolis în 2007. Sau imaginați-vă ce ați putea face dacă ați avea roboți care v-ar putea înota prin sînge. „Călătorie fantastică”, Isaac Asimov. Ar putea opera fără să recurgă la incizie chirurgicală. Sau am putea schimba radical modul în care construim dacă avem roboței care să lucreze ca termitele. Construiesc movile incredibile de 8 m înălțime, clădiri cu apartamente bine ventilate pentru alte termite în Africa și 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.
V-am arătat cîteva posibilități din ce am putea face cu acești roboței. Am făcut progrese, dar încă rămîne cale lungă, și sper că unii veți contribui în această direcție.
Thanks very much.
Mulțumesc foarte mult.
(Applause)
(Aplauze)