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.
Öğrencilerimle birlikte çok küçük robotlar üzerinde çalışıyoruz. Bunları aşina olduğu şeylerin robot versiyonları olarak düşünebilirsiniz. Örneğin; bir karınca. Hepimiz biliyoruz ki karıncalar ve bu ölçekteki diğer böcekler bazı inanılmaz işler yapabilirler. Hepimiz karınca gruplarını veya buna benzer şeyleri, piknikte patates cipsi taşırken falan görmüşüzdür.
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.
Peki bu karıncaların mühendisliğinde asıl zor olan şeyler nedir? İlk olarak, karıncayla aynı boyuttaki bir robotta aynı kabiliyeti nasıl elde ederiz? Önce, bu kadar küçük şeylerin nasıl hareket ettirileceğini bulmalıyız. Bu hareket kabiliyetini desteklemek için bacaklar ve verimli motorlar gibi mekanizmalara ve yarı-akıllı robot karınca için gerekenleri bir araya getirmek için sensör, güç ve kontrole ihtiyacımız var. Son olarak, bu şeylerin gerçekten işlevsel olmaları, büyük işler yapmaları için bir çoğunun birlikte çalışmasını istiyoruz.
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.
O yüzden hareket kabiliyeti ile başlayacağım. Böcekler acayip iyi hareket ederler. Bu video UC Berkeley'de çekildi. Karaböceğin inanılmaz zor arazide devrilmeden gezinmesini gösteriyor ve bunu sert madde birleşiminden oluşan bacakları sayesinde yapabiliyor, ki biz de robot ve yumuşak maddeler yapmak için geleneksel olarak bunu kullanıyoruz. Zıplamak, çok küçükseniz gezinmek için başka ilginç bir yol. Örneğin, bu böcekler suyun dışına zıplamak için ihtiyaçları olan yüksek enerjiyi elde etmek için enerjiyi suda depolar ve çok hızlı salarlar.
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.
Laboratuvarımın en büyük katkılarından birisi sert ve yumuşak maddeleri çok, çok küçük mekanizmaların içerisinde birleştirmeleri oldu. Yani bu zıplama mekanizmasının bir köşesi dört milimetredir, yani gerçekten minik. Buradaki sert madde silikon ve yumuşak madde ise silikon kauçuktur. Ve ana fikir, bunu sıkıştıracağız, suda enerjiyi depolayacağız ve zıplamak için salacağız. Yani şu anda motor yok, güç yok. Bu laboratuvarımdaki bir metotla gerçekleştiriliyor: "cımbızlı üniversite mezunu" (Gülüşmeler) Bir sonraki videoda şaşırtıcı zıplayışlar yapan bir eleman göreceksiniz. Bu Aaron, söz konusu cımbızlı üniversite mezunu ve bu dört milimetre boyutlu mekanizmada gördüğünüz şey neredeyse 40 santim yükseğe zıplıyor. Bu kendi uzunluğunun neredeyse 100 katı. Ve hayatta kalır, masada zıplar, inanılmaz dayanıklı ve tabii ki onu kaybetmez isek hayatta kalabilir çünkü çok minik.
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.
En sonunda, yine de, buna motorlar eklemek istiyoruz ve öğrencilerimiz laboratuvarda küçük, otonom robotlara entegre etmek için milimetre boyutunda motorlar üzerinde çalışıyorlar. Fakat başlangıçta bu ölçekte taşınırlık ve hareket yeteneğine bakmak için hile yapıyor ve mıknatısları kullanıyoruz. Bu nihayetinde mikro-robot bacağı olacak şeyi gösteriyor ve silikon kauçuk eklemleri görebilirsiniz. Orada harici manyetik alanla hareket eden gömülü bir mıknatıs bulunuyor.
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.
Ve bu da daha önce gösterdiğim robota yönlendiriyor. Çok ilginçtir ki, bu robot bu ölçekte böceklerin nasıl hareket ettiğini anlamamızda yardımcı oluyor. Elimizde kara böcekten file kadar her şeyin nasıl hareket ettiğine dair çok iyi modeller var. Hepimiz koşarken bunun gibi zıplar bir hareket yapıyoruz. Fakat ben çok küçüksem, ayaklarım ve yer arasındaki kuvvet hareketimi kütlemden daha çok etkileyecektir ki zıplar harekete neden olan budur. Bu eleman pek çalışmıyor fakat elimizde etrafta koşturan oldukça büyük çeşitleri var Bu yaklaşık bir santimetre küp, bir kenarı bir santim, yani çok küçük ve bunun saniyede 10 vücut uzunluğu kadar koşmasını sağladık, yani saniyede 10 santim. Ufak tefek bir eleman için oldukça hızlı ve bu test için sınırlandırılmış halidir. Fakat bu size nasıl çalıştığıyla ilgili bir fikir verir. Ayrıca bunun engelleri tırmanabilen 3D-baskılı sürümünü de yapabiliyoruz, daha önce gördüğünüz kara böceğe benziyor.
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.
Ama nihayetinde bu robota her şeyi eklemek istiyoruz. Hissetme, güç, kontrol, tahriği hep birlikte istiyoruz ve her şeyin biyo-ilham olması gerekmiyor. Yani bu robot bir Tic Tac boyutunda. Ve bu durumda, bunu hareket ettirecek mıknatıs veya kaslar yerine roketler kullanıyoruz. Yani bu mikro-üretilmiş enerjik bir madde ve bunun minik piksellerini yaratabiliyoruz ve bu piksellerden birini bu robotun karnına koyabiliyoruz ve bu robot, daha sonra, ışıkta bir artma hissettiğinde zıplayacak.
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.
Sıradaki video en sevdiklerimden. Elimizde havada sekiz santim zıplayabilen 300 miligram ağırlığında bir robot var. 4x4x7 milimetre boyutunda. Başlangıçta enerji ateşlendiğinde büyük bir parlama göreceksiniz. ve robot havada takla atmaya başlayacak. İşte büyük parlama ve robotun havada zıpladığını görebilirsiniz. Üzerinde ip, kablo bağlantısı yok. Her şey üzerinde ve sadece öğrencilerin masadaki lambayı açmalarına tepki olarak zıplıyor.
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.
Dolayısıyla bu ölçekte koşan, emekleyen ve zıplayan ve yuvarlanan robotlarla yapabileceğimiz harika şeyleri hayal edebiliyorsunuzdur. Bir deprem gibi bir doğal afet sonrası oluşan enkazı düşünün. Bu küçük robotların enkazda hayatta kalanları aradığını hayal edin. Veya 2007 yılında Minneapolis dışında meydana gelen bu gibi çökmelerin olmaması için birçok küçük robotun köprülerin güvenli olup olmadığını kontrol için muayene ettiğini düşünün. Veya kanınızda yüzebilen robotlar olsa neler yapabileceğinizi hayal edin. Değil mi? "Esrarengiz Yolculuk," Isaac Asimov. Veya sizi açmak zorunda kalmadan ameliyat edebilirler. Veya küçük robotlarımızı termitlerin çalıştığı şekilde çalıştırabilirsek bir şeyleri inşa etme yöntemimizi kökten değiştirebiliriz ve sekiz metre yüksekliğinde, Afrika ve Avustralya'da diğer termitler için etkili havalandırılmış apartman binaları inşa ederler.
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.
Size bu küçük robotlar ile neler yapabileceğimizle ilgili bazı olasılıkları verdiğimi düşünüyorum. Bazı ilerlemeler kaydettik fakat kat edilecek çok yol var ve umarım bazılarınız bu yolda bize katkıda bulabilir.
Thanks very much.
Çok teşekkürler.
(Applause)
(Alkışlar)