Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice

Übersetzung: Jo Pi Lektorat: Lisbeth Wild

My students and I work on very tiny robots.

Meine Studenten und ich

arbeiten an winzigen Robotern.

Now, you can think of these as robotic versions

Wir können sie als Roboterversionen von Tieren betrachten,

of something that you're all very familiar with: an ant.

die uns allen bekannt sind: Ameisen.

We all know that ants and other insects at this size scale

Wir wissen, dass Ameisen und Insekten ähnlicher Größe

can do some pretty incredible things.

sehr erstaunliche Dinge tun können.

We've all seen a group of ants, or some version of that,

Wir alle haben Gruppen von Ameisen oder dergleichen gesehen,

carting off your potato chip at a picnic, for example.

die unsere Kartoffelchips bei einem Picknick wegtragen.

But what are the real challenges of engineering these ants?

Aber was sind die wahren Herausforderungen

beim Bau dieser Ameisen?

Well, first of all, how do we get the capabilities of an ant

Zuerst einmal: Wie bekommen wir

die Fähigkeiten der Ameisen in einen Roboter der gleichen Größe?

in a robot at the same size scale?

Well, first we need to figure out how to make them move

Zuerst müssen wir einen Bewegungsmechanismus

when they're so small.

für diese kleinen Roboter finden.

We need mechanisms like legs and efficient motors

Wir benötigen Mechanismen wie Beine und Motoren,

in order to support that locomotion,

um die Fortbewegung zu unterstützen,

and we need the sensors, power and control

sowie Sensoren, Energie und Steuerung,

in order to pull everything together in a semi-intelligent ant robot.

um alle Aspekte in einem semi- intelligenten Ameisenroboter zu vereinen.

And finally, to make these things really functional,

Damit sie am Ende zweckmäßig sind, sollen viele von ihnen zusammenwirken

we want a lot of them working together in order to do bigger things.

um gemeinsam größere Aufgaben zu bewältigen.

So I'll start with mobility.

Ich beginne mit der Mobilität.

Insects move around amazingly well.

Insekten bewegen sich erstaunlich geschickt.

This video is from UC Berkeley.

Dieses Video der UC Berkeley zeigt eine Kakerlake,

It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain

die sich auf sehr unwegsamem Gelände bewegt ohne umzukippen.

without tipping over,

Sie kann das, da ihre Beine sowohl aus starren Materialien,

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,

wie wir sie üblicherweise für den Bau von Robotern benutzen,

and soft materials.

und weichen Materialien bestehen.

Jumping is another really interesting way to get around when you're very small.

Springen ist auch eine sehr interessante Fortbewegungsart, wenn man so klein ist.

So these insects store energy in a spring and release that really quickly

Diese Insekten speichern Energie in einer Sprungfeder

und setzen sie schnell wieder frei, um aus dem Wasser hüpfen zu können.

to get the high power they need to jump out of water, for example.

So one of the big contributions from my lab

Einer der größten Beiträge meines Labors

has been to combine rigid and soft materials

war die Kombination aus weichen und starren Materialien

in very, very small mechanisms.

in sehr, sehr kleinen Mechanismen.

So this jumping mechanism is about four millimeters on a side,

Dieser Sprungmechanismus misst etwa vier Millimeter an jeder Seite,

so really tiny.

also extrem klein.

The hard material here is silicon, and the soft material is silicone rubber.

Das starre Material ist Silizium

und das weiche Material Silikon-Kautschuk.

And the basic idea is that we're going to compress this,

Die Idee dahinter ist, es zusammenzudrücken,

store energy in the springs, and then release it to jump.

Energie in den Sprungfedern zu speichern und beim Sprung freizusetzen.

So there's no motors on board this right now, no power.

Dies funktioniert ohne Motoren, ohne Antrieb.

Es wird mit einer Methode ausgeführt, die wir in meinem Labor

This is actuated with a method that we call in my lab

"graduate student with tweezers." (Laughter)

„Doktorand mit Pinzette“ nennen.

So what you'll see in the next video

Im nächsten Video sehen Sie einen kleinen Kerl,

is this guy doing amazingly well for its jumps.

der erstaunliche Sprünge vollbringt.

So this is Aaron, the graduate student in question, with the tweezers,

Das ist Aaron, der besagte Doktorand mit Pinzette,

and what you see is this four-millimeter-sized mechanism

und ein vier Millimeter kleiner Mechanisums,

jumping almost 40 centimeters high.

der fast 40 Zentimeter hoch springt.

That's almost 100 times its own length.

Das ist fast das Hundertfache seiner eigenen Größe.

And it survives, bounces on the table,

Er übersteht das, prallt vom Tisch ab,

it's incredibly robust, and of course survives quite well until we lose it

ist unglaublich robust und überlebt, bis wir ihn verlieren,

because it's very tiny.

weil er so winzig ist.

(Gelächter)

Ultimately, though, we want to add motors to this too,

Letztendlich wollen wir auch Motoren hinzufügen.

and we have students in the lab working on millimeter-sized motors

Einige Studenten im Labor arbeiten an millimeterkleinen Motoren,

to eventually integrate onto small, autonomous robots.

die in kleine autonome Roboter integriert werden sollen.

But in order to look at mobility and locomotion at this size scale to start,

Um Mobilität und Fortbewegung in dieser Größenordnung

in Betracht ziehen zu können,

we're cheating and using magnets.

schummeln wir mit Magneten.

So this shows what would eventually be part of a micro-robot leg,

Was Sie hier sehen, wird einmal Teil eines Mikroroboter-Beins.

and you can see the silicone rubber joints

Sie sehen Gelenke aus Silikon-Kautschuk

and there's an embedded magnet that's being moved around

und einen integrierten Magneten,

der durch ein externes Magnetfeld bewegt wird.

by an external magnetic field.

So this leads to the robot that I showed you earlier.

Dies ergibt den Roboter, den ich zuvor gezeigt habe.

The really interesting thing that this robot can help us figure out

Interessanterweise hilft uns dieser Roboter zu verstehen,

wie sich Insekten dieser Größe bewegen.

is how insects move at this scale.

Wir wissen recht gut, wie sich Tiere,

We have a really good model for how everything

from a cockroach up to an elephant moves.

von der Kakerlake bis zum Elefanten, bewegen.

We all move in this kind of bouncy way when we run.

Wir bewegen uns alle auf diese federnde Art, wenn wir laufen.

But when I'm really small, the forces between my feet and the ground

Bei sehr kleiner Größe beeinflussen die Kräfte zwischen meinen Füßen

are going to affect my locomotion a lot more than my mass,

und dem Boden die Fortbewegung viel mehr als meine Masse,

which is what causes that bouncy motion.

was diese federnde Bewegung erzeugt.

So this guy doesn't work quite yet,

Dieser kleine Kerl funktioniert noch nicht ganz,

but we do have slightly larger versions that do run around.

doch größere Versionen laufen bereits umher.

So this is about a centimeter cubed, a centimeter on a side, so very tiny,

Dieser ist etwa einen Zentimeter hoch und breit, sehr klein also,

and we've gotten this to run about 10 body lengths per second,

und läuft pro Sekunde seine zehnfache Körperlänge,

das sind 10 cm pro Sekunde,

so 10 centimeters per second.

It's pretty quick for a little, small guy,

sehr schnell für ein so winziges Kerlchen.

and that's really only limited by our test setup.

Begrenzt ist das nur durch unseren Testaufbau.

But this gives you some idea of how it works right now.

Doch dies zeigt Ihnen grob, wie es zurzeit funktioniert.

We can also make 3D-printed versions of this that can climb over obstacles,

Wir drucken Roboter auch in 3D und lassen sie über Hindernisse laufen,

a lot like the cockroach that you saw earlier.

wie die Kakerlake zuvor.

But ultimately we want to add everything onboard the robot.

Im Endeffekt wollen wir alles auf dem Roboter anbringen:

We want sensing, power, control, actuation all together,

Abtastung, Antrieb, Bedienung, Bewegung, alles zusammen,

and not everything needs to be bio-inspired.

und nicht alles muss zwingend von der Natur inspiriert sein.

So this robot's about the size of a Tic Tac.

Dieser Roboter ist in etwa so groß wie ein Tic Tac,

And in this case, instead of magnets or muscles to move this around,

und anstelle von Magneten oder Muskeln zur Fortbewegung

we use rockets.

verwenden wir Raketen.

So this is a micro-fabricated energetic material,

Dies ist ein mikrofeines, dynamisches Material,

and we can create tiny pixels of this,

von dem wir Kleinstteile anfertigen

and we can put one of these pixels on the belly of this robot,

und diese am Bauch des Roboters anbringen können.

and this robot, then, is going to jump when it senses an increase in light.

So springt dieser Roboter, sobald er eine Lichtzunahme wahrnimmt.

So the next video is one of my favorites.

Das ist einer meiner Lieblingsfilme:

So you have this 300-milligram robot

Sie sehen einen 300 mg leichten Roboter,

jumping about eight centimeters in the air.

der etwa 8 cm hoch in die Luft hüpft.

It's only four by four by seven millimeters in size.

Er misst gerade mal 4 x 4 x 7 Millimeter.

And you'll see a big flash at the beginning

Am Anfang sehen Sie einen hellen Blitz,

when the energetic is set off,

wenn Energie freigesetzt wird

and the robot tumbling through the air.

und der Roboter durch die Luft wirbelt.

So there was that big flash,

Hier sah man den hellen Blitz

and you can see the robot jumping up through the air.

und Sie sehen den Roboter hochspringen.

So there's no tethers on this, no wires connecting to this.

Das funktioniert ganz ohne Leinen oder Drähte,

Everything is onboard, and it jumped in response

alles ist an Bord, und sein Sprung ist die Reaktion

to the student just flicking on a desk lamp next to it.

auf eine Schreibtischlampe, die ein Student einschaltet.

So I think you can imagine all the cool things that we could do

Sie können sich all die Dinge vorstellen, die wir mit so kleinen Robotern,

with robots that can run and crawl and jump and roll at this size scale.

die laufen, kriechen, springen und rollen, machen können.

Imagine the rubble that you get after a natural disaster like an earthquake.

Denken Sie an die Trümmer nach einer Naturkatastrophe wie einem Erdbeben.

Imagine these small robots running through that rubble

Stellen Sie sich vor, wie diese kleinen Roboter

to look for survivors.

in den Trümmern nach Überlebenden suchen.

Or imagine a lot of small robots running around a bridge

Stellen Sie sich vor, wie viele dieser kleinen Roboter

in order to inspect it and make sure it's safe

eine Brücke auf deren Sicherheit prüfen,

so you don't get collapses like this,

um Einstürze wie diesen vor Minneapolis im Jahr 2007 zu vermeiden.

which happened outside of Minneapolis in 2007.

Or just imagine what you could do

Stellen Sie sich vor, was möglich wäre,

if you had robots that could swim through your blood.

wenn kleine Roboter durch Ihren Blutkreislauf schwimmen:

Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.

"Die Fantastische Reise", Isaac Asimov.

Or they could operate without having to cut you open in the first place.

Man könnte operieren, ohne den Patienten dafür aufschneiden zu müssen.

Or we could radically change the way we build things

Wir könnten die Art ändern, wie wir Dinge bauen,

if we have our tiny robots work the same way that termites do,

wenn winzige Roboter wie Termiten arbeiten,

and they build these incredible eight-meter-high mounds,

die diese unglaublichen 8 Meter hohen Hügel bauen,

effectively well ventilated apartment buildings for other termites

gut gelüftete Wohnblöcke für andere Termiten

in Africa and Australia.

in Afrika und Australien.

So I think I've given you some of the possibilities

Ich denke, ich habe Ihnen gezeigt,

of what we can do with these small robots.

was wir mit diesen kleinen Robotern alles tun können.

And we've made some advances so far, but there's still a long way to go,

Wir haben bereits einige Fortschritte gemacht,

doch es liegt noch ein weiter Weg vor uns.

and hopefully some of you can contribute to that destination.

Ich hoffe, einige von Ihnen werden dazu beitragen. Vielen Dank.

Thanks very much.

(Applause)