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.
Unë dhe nxënësit e mi merremi me robotë shumë të vegjël. Mund t’i mendoni si versionin robot të diçkaje shumë të njohur për ne të gjithë: milingonat Të gjithë e dimë që milingonat, ashtu si insektet e tjera të kësaj madhësie mund të bëjnë gjëra krejt të pabesueshme. Të gjithë kemi parë një grup milingonash ose diçka të ngjashme, të mbartin thërrimet që ju bien në piknik, për shembull.
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.
Por cilat janë sfidat e vërteta të projektimit të milingonave të tilla? Pikësëpari, si t’i përfshijmë të gjitha aftësitë e milingonës në një robot me po atë përmasa? Fillimisht, na duhet të gjejmë si t’i bëjmë të lëvizin kur janë kaq të vegjël. Na duhen mekanizma të tillë, si këmbë dhe motorë efikasë mbi të cilët të bazohet lëvizja dhe na duhen sensorë, energji dhe kontroll për të montuar gjithçka në një robot milingonë gjysmë-inteligjent. Dhe së fundi, për t’i bërë këto sende vërtet funksionale duam që krejt kjo të punojë si një e tërë, që të mund të bëjmë gjëra më të mëdha.
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.
Pra, le t’ia nisim me lëvizshmërinë. Insektet lëvizin në mënyrë të mahnitshme. Kjo video është marrë nga University of California, Berkeley Ajo tregon një kacabu që lëviz në një terren vërtet të vështirë, por pa u rrokullisur, dhe arrin ta bëjë këtë ngaqë këmbët e tij janë një ndërthurje materialesh të ngurta, që janë çka kemi përdorur tradicionalisht në robotët dhe materialesh të buta. Kërcimi është tjetër mënyrë interesante për të lëvizur kur jeni i vogël Këto insekte depozitojnë energji elastike dhe e çlirojnë atë shumë shpejt kur iu duhet shumë forcë, si në rastin e kërcimit nga uji, për shembull.
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.
Një nga kontributet më të mëdha prej laboratorit tim ka qenë kombinimi i materialeve të ngurta me ato të buta në mekanizma shumë, shumë të vegjël Ky mekanizëm kërcyes i ka brinjët rreth katër milimetra, pra përnjëmend i vogël Materiali i fortë këtu është silikoni ndërsa ai i buti gomë silikoni Dhe ideja bazë është që do ta ngjeshim, do të depozitojmë energji elastike dhe ta çlirojmë të kërcejë Pra, hëpërhë s’ka as motorë, as energji. Në lëvizje vihet me anë të një metode që e quajmë "Studentë diplome me piskatore" Pra, ajo që do të shihni në videon e radhës është ky djalë që po ia del mbanë shumë mirë me kërcimet. Ky është Aaroni, student diplome me piskatore, dhe ajo që shikoni është ky mekanizëm me brinjë 4 mm që kërcen rreth 40 cm lart. Pra, rreth 100 herë më shumë se lartësia e vetë objektit. Dhe mbijeton, hidhet mbi tryezë, është shumë i fortë, dhe mbijeton mirë, derisa na humb nga sytë sepse është shumë i vogël.
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.
Së fundi, duam t’i shtojmë kësaj motorë dhe kemi studentë në laboratorë që merren me motorë milimetrikë që të mund t’i integrojmë në robotë të vegjël, të pavarur. Por që të mund të vëzhgojmë lëvizjen në këtë shkallë po bëjmë me hile, po përdorim magnete. Këtu tregohet ajo që do të ishte pjesë e këmbës së mikro-robotit dhe mund të shikoni kyçet prej gome silikoni me një magnet të trupëzuar që vihet në lëvizje nga një fushë e jashtme magnetike
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.
Kjo na shpie tek roboti që ju tregova më parë. Gjëja më interesante që ky robot na ndihmon ta kuptojmë është mënyra se si lëvizin insektet e kësaj madhësie. Ne kemi një model shumë të mirë për mënyrën si lëviz gjithçka, nga kacabujtë tek elefantët. Të gjithë lëvizim me kërcime kur jemi duke vrapuar. Por po qe se jam vërtet i vogël, forcat mes këmbëve dhe truallit do të ndikojnë lëvizjen time shumë më tepër se masa ime, ky është shkaku i lëvizjes me kërcime. Pra ky ende nuk punon dhe aq, por kemi versione pak më të mëdha, që vijnë rrotull. Ky është rreth një centimetër kub, një centimetër brinja, pra shumë i vogël dhe kemi arritur të vrapojë me rreth 10 gjatësi trupore për sekondë, pra 10 centimetra në sekondë. Goxha i shpejtë, për një gjë të vogël, dhe kufizohet vetëm nga kushtet tona për provën. Por kjo ju jep një ide për mënyrën si funksionon. Mund të krijojmë versione 3D të tij, që mund të ngjiten mbi pengesa, pak a shumë si kacabuja që ju tregova më parë.
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.
Së fundi, duam t’i shtojmë çdo gjë robotit. Duam që ndijimi, energjia, dhe kontrolli të punojnë së bashku, dhe s’ka pse të jetë çdo gjë e frymëzuar nga natyra. Ky robot është afërsisht në rendin e një karameleje Tic Tac Dhe në këtë rast, në vend të magnetit ose muskujve për ta lëvizur, kemi përdorur raketa. Ky është një material energjetik i mikro-fabrikuar dhe mund të prodhojmë pikselë të vegjël të tij dhe mund t’i vendosim këto pikselë në barkun e këtij roboti, dhe ky robot, atëherë, do të kërcejë sa herë që ndjen një shtim të dritës.
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.
Videoja e radhës, është nga të preferuarat e mia. Kemi këtë robotin prej 300 miligramësh i cili kërcen rreth 8 centimetra në ajër Përmasat e tij janë vetëm 4x4x7 mm. Në fillim do të shihni një ndriçim të madh, kur çlirohet energjia dhe roboti që bën akrobaci në ajër. Pra, pamë një ndriçimi të madh, dhe ja ku duket roboti që kërcen në ajër. Pa asnjë pengore ose tela të lidhur me të. Çdo gjë e ka brenda dhe kërcen si kundërpërgjigje të goditjes së lehtë që studenti i bëri ndriçuesit ngjitur me të.
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.
Besoj se mund t’i përfytyroni të gjitha gjërat e mrekullueshme që mund të bëjmë me robotë të kësaj shkalle që mund të turren, zvarriten, hidhen dhe rrotullohen. Mendoni për rrënojat që mbeten pas një katastrofe natyrore, si tërmeti. Përfytyroni këta robotë të vegjël që lëvizin mes atyre rrënojave, në kërkim të të mbijetuarve. Ose, përfytyroni shumë robotë që lëvizin rreth një ure për ta inspektuar dhe për t’u siguruar se është e parrezik, që të mos kemi vithisje si kjo, që ndodhi në Mineapolis më 2007-n. Ose thjesht përfytyroni ç'mund të bënit po të kishit robotë që mund të notonin në gjakun tuaj. Apo jo? "Udhëtimi Fantastik" i Isaac Asimov-it. Që mund t’ju operonin pa pasur nevojë për t’ju prerë paraprakisht. Ose mund të ndryshonim rrënjësisht mënyrën si ndërtojmë nëse i bëjmë robotët tanë të veckël të veprojnë njësoj si termitet, që ndërtojnë këta pirgje të pabesueshëm tetë metra të lartësh banesa të ajrosura shumë mirë, për termite të tjera në Afrikë dhe Australi.
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.
Mendoj se ju dhashë disa nga mundësitë se ç’mund të bëjmë me këta robotë të vegjël. Deri tani kemi bërë ca përparime, por ende ka goxha rrugë për të bërë dhe shpresojmë që disa prej jush të mund të kontribuojnë për këtë.
Thanks very much.
Shumë faleminderit.
(Applause)
(Duartrokitje)