Tiny robots with giant potential | Paul McEuen and Marc Miskin

Translator: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Traduttore: Gloria Cantù Revisore: Nicoletta Pedrana

Mark Miskin: This is a rotifer.

Mark Miskin: Ecco un rotifero.

It's a microorganism about a hair's width in size.

È un microorganismo, della larghezza di un capello.

They live everywhere on earth -- saltwater, freshwater, everywhere --

Vive ovunque sulla Terra, nell'acqua salata, dolce, ovunque.

and this one is out looking for food.

E questo, in particolare, è in cerca di cibo.

I remember the first time I saw this thing,

Ricordo la prima volta in cui ne ho visto uno.

I was like eight years old and it completely blew me away.

Avevo circa otto anni; e mi sconvolse.

I mean, here is this incredible little creature,

È una incredibile creaturina:

it's hunting, swimming,

caccia, nuota, vive la sua vita;

going about its life,

but its whole universe fits within a drop of pond water.

ma il suo intero universo sta in una goccia d'acqua di uno stagno.

Paul McEuen: So this little rotifer shows us something really amazing.

Paul McEuen: Questo piccolo rotifero ci dimostra una cosa incredibile.

It says that you can build a machine

Ci dice che si può costruire una macchina funzionale, complessa, intelligente,

that is functional, complex, smart,

but all in a tiny little package,

ma che sta in un piccolo contenitore,

one so small that it's impossible to see it.

così piccolo da essere invisibile.

Now, the engineer in me is just blown away by this thing,

L'ingegnere che è in me è sconvolto da questa cosa,

that anyone could make such a creature.

che chiunque possa creare una creatura così.

But right behind that wonder, I have to admit, is a bit of envy.

Ma dietro questo stupore, lo confesso, c'è un po' di invidia.

I mean, nature can do it. Why can't we?

Voglio dire, la natura può farlo.

Perché noi no?

Why can't we build tiny robots?

Perché noi non riusciamo a costruire robot minuscoli?

Well, I'm not the only one to have this idea.

Beh, non sono l'unico ad aver avuto questa idea.

In fact, in the last, oh, few years,

In effetti, negli ultimi anni

researchers around the world have taken up the task

ricercatori di tutto il mondo hanno accettato la sfida

of trying to build robots

di provare a costruire robot così piccoli da essere invisibili.

that are so small that they can't be seen.

And what we're going to tell you about today

Oggi vi parleremo

is an effort at Cornell University

del tentativo della Cornell University,

and now at the University of Pennsylvania

e ora della University of Pennsylvania,

to try to build tiny robots.

di provare a costruire robot minuscoli.

OK, so that's the goal.

Ok, questo è l'obiettivo.

But how do we do it?

Ma come facciamo?

How do we go about building tiny robots?

Come iniziamo a costruire robot minuscoli?

Well, Pablo Picasso, of all people, gives us our first clue.

Fra tutti, Pablo Picasso è il primo a darci un indizio.

Picasso said --

Picasso disse infatti:

["Good artists copy, great artists steal."]

[I buoni artisti copiano, i grandi rubano.]

(Laughter)

(Risate)

"Good artists copy. Great artists steal."

"I buoni artisti copiano. I grandi artisti rubano".

(Laughter)

(Risate)

OK. But steal from what?

Ok, ma rubano a chi?

Well, believe it or not,

Che ci crediate o no,

most of the technology you need to build a tiny robot already exists.

gran parte della tecnologia necessaria a costruire robot minuscoli esiste già.

The semiconductor industry has been getting better and better

L'industria dei semiconduttori ha continuato a migliorare

at making tinier and tinier devices,

nella creazione di dispositivi sempre più piccoli,

so at this point they could put something like a million transistors

al punto da saper mettere circa un milione di transistor

into the size of a package that is occupied by, say,

nello spazio di un contenitore grande, ad esempio,

a single-celled paramecium.

come un paramecio unicellulare.

And it's not just electronics.

Non si tratta solo di elettronica.

They can also build little sensors,

Sanno costruire piccoli sensori,

LEDs,

LED,

whole communication packages that are too small to be seen.

interi sistemi di comunicazione così piccoli da essere invisibili.

So that's what we're going to do.

Ecco cosa faremo.

We're going to steal that technology.

Ruberemo quella tecnologia.

Here's a robot.

Questo è un robot.

(Laughter)

(Risate)

Robot's got two parts, as it turns out.

Un robot, a quanto pare, ha due parti.

It's got a head, and it's got legs.

Ha una testa e ha delle gambe.

[Steal these: Brains]

[Ruba questo: cervello]

(Laughter)

(Risate)

We're going to call this a legless robot,

Lo chiameremo "robot senza gambe":

which may sound exotic,

che suonerà esotico,

but they're pretty cool all by themselves.

ma è abbastanza forte così com'è.

In fact, most of you have a legless robot with you right now.

In effetti, molti di voi hanno con sé un robot senza gambe, ora.

Your smartphone is the world's most successful legless robot.

Lo smartphone è il robot senza gambe più riuscito di sempre.

In just 15 years, it has taken over the entire planet.

In soli 15 anni ha conquistato il mondo.

E perché non dovrebbe?

And why not?

It's such a beautiful little machine.

È una macchina così piccola e bella.

It's incredibly intelligent,

È intelligentissima,

it's got great communication skills,

ha ottime capacità comunicative;

and it's all in a package that you can hold in your hand.

e il tutto in un contenitore che potete tenere in mano.

So we would like to be able to build something like this,

Noi vorremmo costruire una cosa del genere,

only down at the cellular scale,

ma in scala cellulare,

the size of a paramecium.

grande come un paramecio.

Ed eccolo qui.

And here it is.

This is our cell-sized smartphone.

Il nostro smartphone unicellulare.

It even kind of looks like a smartphone,

Assomiglia perfino, a uno smartphone;

only it's about 10,000 times smaller.

ma è 10.000 volte più piccolo.

We call it an OWIC.

Si chiama OWIC.

[Optical Wireless Integrated Circuits]

[Optical Wireless Integrated Circuits]

OK, we're not advertisers, all right?

Ok, non siamo dei pubblicitari, va bene?

(Laughter)

(Risate)

But it's pretty cool all by itself.

Ma è abbastanza potente di suo.

In fact, this OWIC has a number of parts.

In realtà, l'OWIC è diviso in parti.

So up near the top,

Nella parte alta, ci sono delle piccole celle fotovoltaiche;

there are these cool little solar cells that you shine light on the device

se si illumina il dispositivo

and it wakes up a little circuit that's there in the middle.

si attiva un piccolo circuito che è al centro.

E quel circuito controlla un minuscolo LED,

And that circuit can drive a little tiny LED

that can blink at you and allows the OWIC to communicate with you.

che può lampeggiare

e permette all'OWIC di comunicare con voi.

So unlike your cell phone,

A differenza degli smartphone, quindi,

the OWIC communicates with light,

l'OWIC comunica usando la luce,

sort of like a tiny firefly.

come una piccola lucciola.

Now, one thing that's pretty cool about these OWICs

Una cosa molto interessante degli OWIC

is we don't make them one at a time,

è che non ne creiamo uno alla volta,

soldering all the pieces together.

saldando insieme tutti i componenti.

We make them in massive parallel.

Li creiamo massivamente in parallelo.

For example, about a million of these OWICs

Ad esempio, un milione di OWIC circa

can fit on a single four-inch wafer.

possono stare su un wafer da quattro pollici.

And just like your phone has different apps,

E come sullo smartphone ci sono diverse app,

you can have different kinds of OWICs.

qui si possono avere diversi OWIC.

There can be ones that, say, measure voltage,

C'è quello che misura la tensione,

some that measure temperature,

quello che misura la temperatura,

or just have a little light that can blink at you to tell you that it's there.

o quello che ha solo una lucina che lampeggia per farsi vedere.

So that's pretty cool, these tiny little devices.

Questi piccoli dispositivi sono piuttosto accattivanti, quindi.

And I'd like to tell you about them in a little more detail.

Vorrei parlarvene più nel dettaglio,

But first, I have to tell you about something else.

ma prima devo parlarvi d'altro.

I'm going to tell you a few things about pennies that you might not know.

Vi dirò un paio di cose sui penny che forse non sapete.

So this one is a little bit older penny.

Questo è un penny un po' vecchio.

It's got a picture of the Lincoln Memorial on the back.

Sul retro ha un'immagine del Lincoln Memorial.

But the first thing you might not know,

Ma la prima cosa che forse non sapete

that if you zoom in, you'll find in the center of this thing

è che, se ingrandite il centro,

you can actually see Abraham Lincoln,

potete davvero vedere Abraham Lincoln,

just like in the real Lincoln Memorial not so far from here.

come al vero Lincoln Memorial non lontano da qui.

What I'm sure you don't know,

Sono sicuro che non sapete

that if you zoom in even further --

che, se ingrandite ancora,

(Laughter)

(Risate)

you'll see that there's actually an OWIC on Abe Lincoln's chest.

vedrete che c'è un OWIC sul petto di Abe Lincoln.

(Laughter)

(Risate)

But the cool thing is,

Ma la cosa fantastica è

you could stare at this all day long and you would never see it.

che potreste fissarlo tutto il giorno e non riuscireste a vederlo.

It's invisible to the naked eye.

È invisibile ad occhio nudo.

These OWICs are so small,

Gli OWIC sono così piccoli,

and we make them in such parallel fashion,

e li produciamo in tale quantità

that each OWIC costs actually less than a penny.

che gli OWIC costano meno di un penny.

In fact, the most expensive thing in this demo is that little sticker

In effetti, la cosa più costosa è questa piccola etichetta

that says "OWIC."

con scritto "OWIC".

(Laughter)

(Risate)

That cost about eight cents.

Costa circa otto centesimi.

(Laughter)

(Risate)

Now, we're very excited about these things for all sorts of reasons.

Siamo entusiasti di tutto questo per vari motivi.

For example, we can use them as little tiny secure smart tags,

Per esempio, possiamo usarli come minuscoli antitaccheggio,

more identifying than a fingerprint.

più precisi di un'impronta digitale.

We're actually putting them inside of other medical instruments

Li stiamo inserendo all'interno di attrezzature mediche

to give other information,

per fornire informazioni,

and even starting to think about putting them in the brain

e cominciamo a pensare di inserirli nel cervello

to listen to neurons one at a time.

per ascoltare ogni singolo neurone.

In fact, there's only one thing wrong with these OWICs:

In realtà c'è solo una cosa che non va in questi OWIC.

it's not a robot.

Non è un robot.

It's just a head.

È solo una testa.

(Laughter)

(Risate)

And I think we'll all agree

E saremo tutti d'accordo nel dire che mezzo robot non è un robot.

that half a robot really isn't a robot at all.

Without the legs, we've got basically nothing.

Senza le gambe non abbiamo nulla.

MM: OK, so you need the legs, too, if you want to build a robot.

MM: Ok, per cui ci servono anche le gambe, per costruire un robot.

Now, here it turns out you can't just steal

Ne risulta che non si può solo rubare della tecnologia preesistente.

some preexisting technology.

If you want legs for your tiny robot, you need actuators, parts that move.

Se si vuole che il robot abbia le gambe, servono attuatori, parti che si muovono.

They have to satisfy a lot of different requirements.

Devono rispondere a vari requisiti.

They need to be low voltage.

Per esempio, devono essere a bassa tensione.

They need to be low power, too.

E bassa potenza, pure.

But most importantly, they have to be small.

Ma prima di tutto, devono essere piccoli.

If you want to build a cell-sized robot, you need cell-sized legs.

Se si vuole un robot a misura di cellula, servono gambe a misura di cellula.

Now, nobody knows how to build that.

Nessuno sa come farlo.

Non c'è una tecnologia preesistente che soddisfi tutte queste richieste.

There was no preexisting technology that meets all of those demands.

To make our legs for our tiny robots,

Per dare le gambe al nostro robot, abbiamo fatto una cosa nuova.

we had to make something new.

So here's what we built.

Ecco cosa abbiamo costruito.

This is one of our actuators, and I'm applying a voltage to it.

Questo è uno dei nostri attuatori, a cui sto applicando tensione.

When I do, you can see the actuator respond by curling up.

Quando lo faccio, l'attuatore risponde arricciandosi.

Now, this might not look like much,

Può sembrare una cosa da poco;

ma se gli affiancassimo un globulo rosso, sarebbe grande più o meno così.

but if we were to put a red blood cell up on the screen, it'd be about that big,

Sono riccioli incredibilmente piccoli.

so these are unbelievably tiny curls.

They're unbelievably small,

Sono davvero piccoli,

and yet this device can just bend and unbend, no problem, nothing breaks.

ma il dispositivo può piegarsi e spiegarsi senza problemi né rotture.

So how do we do it?

Come ci riusciamo?

Well, the actuator is made from a layer of platinum

L'attuatore è composto da uno strato di platino,

just a dozen atoms or so thick.

spesso una dozzina di atomi appena.

Now it turns out, if you take platinum and put it in water

Pare che immergendo il platino nell'acqua, e applicando una tensione,

and apply a voltage to it,

atoms from the water will attach or remove themselves

degli atomi di acqua si attaccano o staccano

from the surface of the platinum,

dalla superficie del platino,

depending on how much voltage you use.

in base alla tensione applicata.

Questo genera una forza,

This creates a force,

and you can use that force for voltage-controlled actuation.

che si può usare per attuazioni a tensione controllata.

The key here was to make everything ultrathin.

La chiave era rendere tutto ultra-sottile,

Then your actuator is flexible enough

così che l'attuatore fosse abbastanza flessibile

to bend to these small sizes without breaking,

da potersi piegare senza rompersi,

and it can use the forces that come about

e poter usare le forze generate

dall'attaccarsi e staccarsi di uno strato di atomi.

from just attaching or removing a single layer of atoms.

E non dobbiamo nemmeno costruirli uno alla volta.

Now, we don't have to build these one at a time, either.

In fact, just like the OWICs,

Anzi, proprio come per l'OWIC

we can build them massively in parallel as well.

possiamo produrli in modo massivamente parallelo.

So here's a couple thousand or so actuators,

Ecco qui qualcosa come 2000 attuatori.

and all I'm doing is applying a voltage,

Mi basta applicare corrente

and they all wave,

e loro ondeggiano,

looking like nothing more than the legs of a future robot army.

come le gambe di un futuristico esercito di robot.

(Laughter)

(Risate)

So now we've got the brains and we've got the brawn.

Quindi ora abbiamo sia il cervello che la forza bruta.

We've got the smarts and the actuators.

Abbiamo l'intelligenza, e gli attuatori.

The OWICs are the brains.

L'OWIC è il cervello.

They give us sensors, they give us power supplies,

Fornisce i sensori, l'apporto di energia

and they give us a two-way communication system via light.

e un sistema ottico di comunicazione bilaterale.

Gli strati di platino sono i muscoli, invece.

The platinum layers are the muscle.

They're what's going to move the robot around.

Sono ciò che fa muovere il robot.

Now we can take those two pieces, put them together

Adesso possiamo unire questi due pezzi

and start to build our tiny, tiny robots.

e cominciare a costruire minuscoli robot.

The first thing we wanted to build was something really simple.

Come prima cosa,

abbiamo voluto costruire un robot semplice.

This robot walks around under user control.

Questo si muove con il controllo dell-utente.

In the middle are some solar cells and some wiring attached to it.

Nel centro ci sono un po' di cavi e cellule fotovoltaiche.

That's the OWIC.

Questo è l'OWIC.

They're connected to a set of legs which have a platinum layer

È connesso a delle gambe che hanno uno strato di platino

and these rigid panels that we put on top

e con dei pannelli rigidi posti in alto,

that tell the legs how to fold up, which shape they should take.

che dicono alle gambe come piegarsi, e che forma prendere.

The idea is that by shooting a laser at the different solar cells,

L'idea è che puntando un laser alle diverse celle fotovoltaiche

si possa scegliere quale gamba muovere e far andare in giro il robot.

you can choose which leg you want to move

and make the robot walk around.

Now, of course, we don't build those one at a time, either.

Ovviamente, anche questi non si costruiscono separatamente.

Costruiamo anche loro in modo massivamente parallelo.

We build them massively in parallel as well.

We can build something like one million robots on a single four-inch wafer.

Possiamo costruirne circa un milione per un wafer da quattro pollici.

So, for example, this image on the left, this is a chip,

Nell'immagine a sinistra, per esempio, abbiamo un chip,

and this chip has something like 10,000 robots on it.

e su questo chip ci sono, all'incirca, 10.000 robot.

Now, in our world, the macro world,

Nel nostro mondo, il macro-mondo,

this thing looks like it might be a new microprocessor or something.

questo potrebbe sembrarci un nuovo microprocessore o simile.

But if you take that chip and you put it under a microscope,

Ma se prendete il chip, e lo guardate con un microscopio,

what you're going to see are thousands and thousands of tiny robots.

vedrete migliaia e migliaia di robot minuscoli.

Now, these robots are still stuck down.

Per ora, questi robot sono bloccati

They're still attached to the surface that we built them on.

sulla superficie su cui li abbiamo costruiti.

Per lasciarli muovere, dobbiamo liberarli.

In order for them to walk around, we have to release them.

We wanted to show you how we do that live, how we release the robot army,

E volevamo mostravi come facciamo a liberare l'esercito robot,

ma il processo prevede agenti chimici molto pericolosi,

but the process involves highly dangerous chemicals,

like, really nasty stuff,

roba davvero tosta,

and we're like a mile from the White House right now?

e siamo a circa un miglio dalla Casa Bianca, giusto?

Yeah. They wouldn't let us do it.

Già. Non ce lo avrebbero fatto fare.

So --

Per cui...

(Laughter)

(Risate)

vi faremo vedere un video, invece.

so we're going to show you a movie instead. (Laughs)

(Ride)

What you're looking at here are the final stages of robot deployment.

State guardando l'ultima fase dello spiegamento dei robot.

We're using chemicals

Usiamo agenti chimici

to etch the substrate out from underneath the robots.

per incidere il substrato sotto i robot.

When it dissolves, the robots are free to fold up into their final shapes.

Quando si dissolve, i robot sono liberi di prendere la loro ultima forma.

Now, you can see here, the yield's about 90 percent,

Qui potete vedere che la resa è intorno al 90 percento,

so almost every one of those 10,000 robots we build,

per cui quasi tutti quei 10.000 robot

that's a robot that we can deploy and control later.

possono essere dispiegati e controllati più avanti.

And we can take those robots and we can put them places as well.

Possiamo anche prendere i robot e metterli in vari posti.

So if you look at the movie on the left, that's some robots in water.

Se guardate il filmato a sinistra, quelli sono robot in acqua.

I'm going to come along with a pipette,

Mi avvicino con una pipetta e li aspiro a tutti.

and I can vacuum them all up.

Now when you inject the robots back out of that pipette,

Quando poi li si inocula di nuovo fuori dalla pipetta, stanno benissimo.

they're just fine.

In fact, these robots are so small,

Anzi, i robot sono così piccoli,

they're small enough to pass through the thinnest hypodermic needle

da poter passare attraverso il più fine ago ipodermico.

you can buy.

Yeah, so if you wanted to,

Per cui, se voleste,

you could inject yourself full of robots.

potreste farvi un'iniezione e riempirvi di robot.

(Laughter)

(Risate)

I think they're into it.

Mi sembra che ci stiano.

(Laughter)

(Risate)

On the right is a robot that we put in some pond water.

A destra c'è un robot messo nell'acqua di uno stagno.

Aspettate un momento.

I want you to wait for just one second.

Ooop!

Ooop!

You see that? That was no shark. That was a paramecium.

Visto? Non era uno squalo. Era un paramecio.

So that's the world that these things live in.

Ecco il mondo in cui vivono queste cose.

OK, so this is all well and good,

Ok, è tutto meraviglioso, ma a questo punto potreste chiedervi:

but you might be wondering at this point,

"Well, do they walk?"

"Ma camminano?"

Right? That's what they're supposed to do. They better. So let's find out.

Giusto? Dovrebbero, sarebbe il caso; per cui scopriamolo.

So here's the robot and here are its solar cells in the middle.

Ecco il robot e lì, nel mezzo, le celle fotovoltaiche.

Those are those little rectangles.

Sono quei piccoli rettangoli.

I want you to look at the solar cell closest to the top of the slide.

Guardate meglio la cella fotovoltaica in alto nella slide.

See that little white dot? That's a laser spot.

Vedete quella macchia bianca?

È di un laser.

Now watch what happens when we start switching that laser

Guardate che succede quando comincio a puntare il laser

between different solar cells on the robot.

verso diverse celle fotovoltaiche.

Off it goes!

Partito!

(Applause)

(Applausi)

Yeah!

Sì!

(Applause)

(Applausi)

Off goes the robot marching around the microworld.

Il robot se ne va, marciando per il micro-mondo.

Now, one of the things that's cool about this movie is:

Un aspetto affascinante di questo video

è che sto davvero pilotando il robot.

I'm actually piloting the robot in this movie.

In fact, for six months, my job was to shoot lasers at tiny cell-sized robots

In effetti, per sei mesi il mio lavoro è stato colpire col laser robot minuscoli

to pilot them around the microworld.

per guidarli in giro per il micro-mondo.

This was actually my job.

Era davvero il mio lavoro.

As far as I could tell, that is the coolest job in the world.

Direi che è il lavoro più figo del mondo.

(Laughter)

(Risate)

It was just the feeling of total excitement,

Ti dà un senso di frenesia totale, di star facendo l'impossibile.

like you're doing the impossible.

It's a feeling of wonder like that first time I looked through a microscope

Il senso di meraviglia che provai usando un microscopio per la prima volta,

as a kid staring at that rotifer.

quando da bambino vidi un rotifero.

Now, I'm a dad, I have a son of my own, and he's about three years old.

Adesso sono padre e ho un bambino, che sta per compiere tre anni.

But one day, he's going to look through a microscope like that one.

Un giorno guarderà dentro a un microscopio come quello.

And I often wonder:

E spesso mi chiedo:

What is he going to see?

cosa vedrà?

Instead of just watching the microworld,

Invece di guardare solamente il micro-mondo,

we as humans can now build technology to shape it,

noi esseri umani ora possiamo creare la tecnologia

per dargli una forma, interagire con esso, progettarlo.

to interact with it, to engineer it.

In 30 years, when my son is my age, what will we do with that ability?

Tra 30 anni, quando lui avrà la mia età, cosa farà con queste capacità?

Will microrobots live in our bloodstream,

I micro-robot vivranno nel nostro sangue, come fanno ora i batteri?

as common as bacteria?

Will they live on our crops and get rid of pests?

Elimineranno i parassiti dalle nostre colture?

Will they tell us when we have infections, or will they fight cancer cell by cell?

Ci diranno se abbiamo infezioni

o combatteranno il cancro una cellula alla volta?

PM: And one cool part is,

PM: E la cosa fantastica

you're going to be able to participate in this revolution.

è che voi potrete partecipare a questa rivoluzione.

Ten years or so from now,

Tra dieci anni,

when you buy your new iPhone 15x Moto or whatever it's called --

quando comprerete il nuovo iPhone 15x Moto, o come si chiamerà,

(Laughter)

(Risate)

it may come with a little jar with a few thousand tiny robots in it

magari sarà venduto con un vasetto con qualche migliaio di robot

that you can control by an app on your cell phone.

che potrete controllare con una app del cellulare.

So if you want to ride a paramecium, go for it.

Se volete cavalcare un paramecio, quindi, fatevi sotto.

If you want to -- I don't know -- DJ the world's smallest robot dance party,

Se volete fare i DJ al più piccolo robot party del mondo,

make it happen.

fatelo.

(Laughter)

(Risate)

And I, for one, am very excited about that day coming.

Per quanto mi riguarda, sono emozionato al pensiero di quel giorno.

MM: Thank you.

MM: Grazie.

(Applause)

(Applausi)