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

מתרגם: Ido Dekkers מבקר: Tal Dekkers

My students and I work on very tiny robots.

תלמידים שלי ואני עובדים עם רובוטים ממש זעירים.

Now, you can think of these as robotic versions

עכשיו, אתם יכולים לחשוב על אלה כגרסאות רובוטיות

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

למשהו שמוכר לכולכם: נמלה.

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

כולנו יודעים שנמלים וחרקים אחרים בקנה המידה הזה

can do some pretty incredible things.

יכולים לעשות דברים מדהימים.

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

כולנו ראינו קבוצות של נמלים, או גרסה כלשהי של זה,

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

נושאים צי'פס בפיקניק, לדוגמה.

But what are the real challenges of engineering these ants?

אבל מהם האתגרים האמיתיים בהנדסת הנמלים האלה?

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

ובכן, ראשית, איך אנחנו משיגים את היכולות של נמלה

in a robot at the same size scale?

ברובוט באותו קנה מידה?

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

ובכן, ראשית אנחנו צריכים להבין איך לגרום להם לנוע

when they're so small.

כשהם כל כך קטנים.

We need mechanisms like legs and efficient motors

אנחנו צריכים מנגנונים כמו רגליים ומנועים יעילים

in order to support that locomotion,

כדי לתמוך בתנועה הזו,

and we need the sensors, power and control

ואנחנו צריכים חיישנים, כוח ושליטה

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

בכדי להצליח לעשות את הכל יחד ברובוט נמלה חצי אינטיליגנטי.

And finally, to make these things really functional,

ולבסוף, כדי לעשות את הדברים האלה באמת פעילים,

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

אנחנו צריכים הרבה מעם שעובדים יחד כדי לעשות דברים גדולים יותר.

So I'll start with mobility.

אז אני אתחיל בתנועה.

Insects move around amazingly well.

חרקים נעים ממש טוב.

This video is from UC Berkeley.

הסרטון הזה מאוניברסיטת ברקלי.

It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain

הוא מראה מקק נע על פני שטח ממש קשים

without tipping over,

בלי ליפול,

and it's able to do this because its legs are a combination of rigid materials,

והוא מסוגל לעשות את זה בגלל שהרגלים שלו הן שילוב של חומרים קשיחים,

which is what we traditionally use to make robots,

בהם אנחנו משתמשים באופן מסורתי ברובוטים,

and soft materials.

וחומרים רכים.

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

קפיצה היא עוד דרך ממש מעניינת להסתובב כשאתם ממש קטנים.

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

אז החרקים האלה אוגרים אנרגיה בקפיץ ומשחררים אותה ממש מהר

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

כדי לקבל את הכוח החזק שהם צריכים כדי לקפוץ מהמים, לדוגמה.

So one of the big contributions from my lab

אז אחת התרומות הגדולות מהמעבדה שלי

has been to combine rigid and soft materials

היתה לשלב חומרים קשיחים ורכים

in very, very small mechanisms.

במנגנונים ממש ממש קטנים.

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

אז המנגנון הקופץ הזה הוא ברוחב של בערך ארבעה מילימטר,

so really tiny.

אז ממש זעיר.

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

החומר הקשיח פה הוא סיליקון, והחומר הרך הוא גומי סיליקון.

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

והרעיון הבסיסי הוא שאנחנו נדחוס את זה,

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

נאגור אנרגיה בקפיצים, ואז נשחרר אותה כדי לקפוץ.

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

אז אין מנועים עליו כרגע, אין כוח.

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

זה מונע למעשה עם שיטה שנקראת במעבדה שלנו

"graduate student with tweezers." (Laughter)

"סטודנט לתואר שני עם מלקחיים." (צחוק)

So what you'll see in the next video

אז מה שתראו בסרטון הבא

is this guy doing amazingly well for its jumps.

זה הבחור הזה שמצליח ממש טוב בקפיצות שלו.

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

אז זה ארון, הסטודנט לתואר שני המדובר, עם מלקחיים,

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

ומה שאתם רואים זה את המנגנון באורך ארבעה מילימטר פה

jumping almost 40 centimeters high.

קופץ לגובה של כמעט 40 סנטימטר.

That's almost 100 times its own length.

זה כמעט פי 100 מהאורך שלו.

And it survives, bounces on the table,

והוא שורד, קופץ על השולחן,

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

הוא מאוד עמיד, וכמבן שרד ממש טוב עד שאיבדנו אותו

because it's very tiny.

מפני שהוא כל כך זעיר.

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

בסופו של דבר, אנחנו רוצים להוסיף לזה גם מנועים,

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

ויש לנו סטודנטים במעבדה שעובדים על מנועים בגודל מילימטר

to eventually integrate onto small, autonomous robots.

שנוכל לבסוף לשלב לתוך רובוטים זעירים אוטונומים.

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

אבל כדי להביט בתנועתיות ותנועה בקנה המידה הזה,

we're cheating and using magnets.

אנחנו מרמים ומשתמשים במגנטים.

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

אז זה מראה מה יהיה לבסוף חלק מרגל של מיקרו רובוט.

and you can see the silicone rubber joints

ואתם יכולים לראות את מפרקי גומי הסיליקון

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

ויש מגנט מוטמע שנע

by an external magnetic field.

על ידי שדה מגנטי חיצוני.

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

אז זה מוביל לרובוט שהראתי לכם מוקדם יותר.

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

הדבר הבאמת מעניין שהרובוט הזה יכול לעזור להבין

is how insects move at this scale.

זה איך חרקים נעים בקנה המידה הזה.

We have a really good model for how everything

יש לנו מודל טוב של איך הכל

from a cockroach up to an elephant moves.

ממקקים על לפילים נעים.

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

כולנו נעים בסוג של דרך קופצנית כשאנחנו רצים.

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

אבל כשאני ממש קטן, הכוחות בין הרגלים שלי והקרקע

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

ישפיעו על התנועה שלי הרבה יותר מהמאסה שלי,

which is what causes that bouncy motion.

שזה מה שגורם לתנועה הקופצנית.

So this guy doesn't work quite yet,

אז הבחור הזה לא עובד עדיין,

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

אבל יש לנו גרסה מעט גדולה יותר שכן מתרוצצת.

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

אז זו בערך סנטימטר מרובע, סנטימטר בצד, אז מאוד קטנה,

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

וגרמנו לה לרוץ בערך 10 אורכי גוף בשניה,

so 10 centimeters per second.

אז 10 סנטימטר בשניה.

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

זה די מהיר לבחור קטן,

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

וזה באמת מוגבל רק על ידי ציוד הניסוי שלנו.

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

אבל זה נותן לכם רעיון על איך הוא עובד עכשיו.

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

אנחנו יכולים גם ליצור גרסאות מודפסות בתלת מימד של זה שיכולות לטפס על מכשולים,

a lot like the cockroach that you saw earlier.

ממש כמו המקקים שראיתם קודם לכן.

But ultimately we want to add everything onboard the robot.

אבל בסופו של דבר אנחנו רוצים להוסיף הכל על הרובוט.

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

אנחנו רוצים חישה, כוח, שליטה, ופעולה כולם יחד,

and not everything needs to be bio-inspired.

ולא הכל צריך לקבל השראה מהביולוגיה.

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

אז הרובוט הזה הוא בערך בגודל של טיק טק.

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

ובמקרה הזה, במקום מגנטים או שרירים כדי לנוע,

we use rockets.

אנחנו משתמשים בטילים.

So this is a micro-fabricated energetic material,

אז זה חומר אנרגטי במיקרו יצור,

and we can create tiny pixels of this,

ואנחנו יכולים ליצור פיקסלים זעירים של זה,

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

ואנחנו יכולים לשים את אחד הפיקסלים האלה על בטן הרובוט,

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

והרובוט הזה, אז, יקפוץ כשהוא חש התגברות באור.

So the next video is one of my favorites.

אז הסרטון הבא הוא אחד האהובים עלי.

So you have this 300-milligram robot

יש יש רובוט ששוקל 300 מיליגרם

jumping about eight centimeters in the air.

קופץ לגובה של בערך שמונה סנטימטרים,

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

והוא בגודל של רק ארבעה על ארבעה על שבעה מילימטרים.

And you'll see a big flash at the beginning

ואתם תראו פלאש גדול בהתחלה

when the energetic is set off,

כשהאנרגיה מתפרצת,

and the robot tumbling through the air.

והרובוט מסתובב באויר.

So there was that big flash,

אז הנה הפלאש הגדול הזה,

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

ואתם יכולים לראות את הרובוט קופץ באויר.

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

אז אין חוטים עליו, ללא חוטים שמחברים אותו.

Everything is onboard, and it jumped in response

הכל עליו, והוא קופץ כתגובה

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

לסטודנט שרק מדליק מנורת שולחן לידו.

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

אז אני חושבת שאתם יכולים לדמיין את כל הדברים המגניבים שנוכל לעשות

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

עם רובוטים שיכולם לרוץ ולזחול ולקפוץ ולהתגלגל בקנה מידה כזה.

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

דמיינו את הר החורבות שאתם מקבלים אחרי אסון טבע כמו רעידת אדמה.

Imagine these small robots running through that rubble

דמיינו את הרובוטים הזעירים האלה רצים דרך ההריסות

to look for survivors.

כדי לחפש ניצולים.

Or imagine a lot of small robots running around a bridge

או דמיינו הרבה רובוטים קטנים רצים על גשר

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

כדי לבחון אותו ולוודא שהוא בטוח

so you don't get collapses like this,

כך שלא יהיו לכם התמוטטויות כאלה,

which happened outside of Minneapolis in 2007.

שהתרחשה מחוץ למיניאפוליס ב 2007,

Or just imagine what you could do

או רק דמיינו מה הייתם יכולים לעשות

if you had robots that could swim through your blood.

אם היה לכם רובוט שיכול לשחות דרך הדם שלכם.

Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.

נכון? "המסע המופלא," אייזק אסימוב.

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

או שהם יוכלו לנתח בלי לחתוך אתכם מהתחלה.

Or we could radically change the way we build things

או שנוכל לשנות באופן רדיקלי את הדרך בה אנחנו בונים דברים

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

אם היו לנו את הרובוטים הזעירים שלנו שיעבדו כמו טרמיטים,

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

והם יבנו את התלים המדהימ האלה בגובה שמונה מטרים,

effectively well ventilated apartment buildings for other termites

באופן אפקטיבי בנייני דירות מאווררים היטב לטרמיטים

in Africa and Australia.

באפריקה ואוסטרליה.

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

אז אני חושבת שנתתי לכם כמה אפשרויות

of what we can do with these small robots.

למה אנחנו יכולים לעשות עם הרובוטים הקטנים האלה.

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

ועשינו כמה התקדמויות אבל יש עוד דרך ארוכה לעבור,

and hopefully some of you can contribute to that destination.

ובתקווה כמה מכם תוכלו לתרום ליעד הזה.

Thanks very much.

תודה רבה לכם.

(Applause)

(מחיאות כפיים)