Tiny robots with giant potential | Paul McEuen and Marc Miskin

Translator: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

翻訳: Yoko Emori 校正: Moe Shoji

Mark Miskin: This is a rotifer.

（マーク・ミスキン） これはワムシです

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

微生物で 大きさは 髪の毛の太さぐらいです

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

海水 淡水 地球上のあらゆる所に 生息しています

and this one is out looking for food.

このワムシは食べ物を探しています

I remember the first time I saw this thing,

これを初めて見たのは ８歳ぐらいの時のことで

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

とても衝撃的でした

I mean, here is this incredible little creature,

この素晴らしい 小さな生き物は

it's hunting, swimming,

狩りをして 泳いで

going about its life,

生活しているのです

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

でもワムシの世界全体は １滴の池の水の中に収まります

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

（ポール・マキューエン）小さなワムシは 本当に凄いことを教えてくれます

It says that you can build a machine

このような機械が造れるのだと―

that is functional, complex, smart,

機能的で 複雑で 賢く

but all in a tiny little package,

しかも非常に小さくまとまり

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

目に見えないくらい 小さい機械ができるはずなのです

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

技術者としての私は 本当に感心してしまいます

that anyone could make such a creature.

こんな生き物が創造出来るなんて

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

感心する一方で 正直 少し羨ましい気持ちもあります

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

自然界に出来るんだから 私達にだって出来るはず

Why can't we build tiny robots?

私達が小さなロボットを 造れないはずはない

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

このアイデアを思いついたのは 私だけではありません

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

実際 この数年の間に

researchers around the world have taken up the task

世界中の研究者が 小さなロボットを造ろうとしています

of trying to build robots

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

目に見えないほど小さい物です

And what we're going to tell you about today

今日私達がお話しするのは

is an effort at Cornell University

コーネル大学での試みと

and now at the University of Pennsylvania

ペンシルバニア大学での試みです

to try to build tiny robots.

小さなロボットを 造ろうとしています

OK, so that's the goal.

とにかく それがゴールです

But how do we do it?

どうすればいいのか

How do we go about building tiny robots?

どうやって小さなロボットを 造ればいいのか

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

パブロ・ピカソが 最初のヒントをくれました

Picasso said --

ピカソ曰く―

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

［良い芸術家は真似をするが 偉大な芸術家は盗む］

(Laughter)

（笑）

"Good artists copy. Great artists steal."

「良い芸術家は真似をするが 偉大な芸術家は盗む」

(Laughter)

（笑）

OK. But steal from what?

何から盗むのでしょうか

Well, believe it or not,

信じ難いかもしれませんが

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

小さなロボット造りに必要な 技術は 既に存在しています

The semiconductor industry has been getting better and better

半導体業界はどんどん進歩していて

at making tinier and tinier devices,

ますます小さなデバイスを 生み出しています

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

現時点では 100万ほどのトランジスタを

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

単細胞生物のゾウリムシが入る程の 大きさに収めることができます

a single-celled paramecium.

And it's not just electronics.

電子部品だけではなく

They can also build little sensors,

小さなセンサーや

LEDs,

LEDや

whole communication packages that are too small to be seen.

通信に必要な物全てを 見えない程小さくまとめることが可能です

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

そこで造ることにしました

We're going to steal that technology.

そういった技術を盗むのです

Here's a robot.

これがロボットです

(Laughter)

（笑）

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

ロボットには ２つの部位があります

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

頭と脚です

[Steal these: Brains]

［頭脳を盗む］

(Laughter)

（笑）

We're going to call this a legless robot,

これを 脚なしロボットと呼びます

which may sound exotic,

変な名前かもしれませんが

but they're pretty cool all by themselves.

脚がなくても結構いけてます

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

実際 ほとんどの人が 今も脚なしロボットを持っています

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

スマホは世界で最も成功した 脚なしロボットです

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

たった15年で 世界中を席巻しました

And why not?

当然ですよね

It's such a beautiful little machine.

非常に美しい小さな機械です

It's incredibly intelligent,

驚くほどの知性を持ち

it's got great communication skills,

高度な通信技術も備えています

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

しかも片手に収まるのです

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

こんな物を造りたいのです

only down at the cellular scale,

ただ 細胞ぐらいのサイズで

the size of a paramecium.

ゾウリムシの大きさにしたい

And here it is.

これです

This is our cell-sized smartphone.

これが 細胞サイズのスマホです

It even kind of looks like a smartphone,

見た目は スマホと同じですが

only it's about 10,000 times smaller.

大きさは約１万分の１です

We call it an OWIC.

「OWIC」と言います

[Optical Wireless Integrated Circuits]

［光無線集積回路］

OK, we're not advertisers, all right?

宣伝しているわけではありませんよ

(Laughter)

（笑）

But it's pretty cool all by itself.

これだけでも素晴らしい物です

In fact, this OWIC has a number of parts.

OWICには いくつもの部品があります

So up near the top,

上から見ていきましょう

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

小さな太陽電池があり デバイスに光を当てると

中央にある小さな回路が 反応します

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

この回路は非常に小さなLEDを 動かすことができます

And that circuit can drive a little tiny LED

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

LEDが点滅すると OWICと通信できます

So unlike your cell phone,

スマホとは異なり

the OWIC communicates with light,

OWICは光を使って通信します

sort of like a tiny firefly.

いわば小さなホタルです

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

OWICが非常に優れているのは

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

１つ１つ造るわけではなく

soldering all the pieces together.

ハンダ付けが不要なことです

We make them in massive parallel.

大規模に並行して造るのです

For example, about a million of these OWICs

例えば 約100万個のOWICを

can fit on a single four-inch wafer.

１枚の４インチウエハーに 搭載できます

And just like your phone has different apps,

スマホに色々なアプリを 入れられるように

you can have different kinds of OWICs.

色々なOWICを搭載できます

There can be ones that, say, measure voltage,

電圧を測定する物

some that measure temperature,

気温を測定する物

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

小さなライトを点滅させて 見つけやすくしてくれる物など

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

小さいけど すごいのです

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

もう少し詳しくご説明しますが

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

その前に お話ししたいことがあります

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

１セント硬貨について あまり知られてないことです

So this one is a little bit older penny.

これは古い１セント硬貨です

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

裏はリンカーン記念館です

But the first thing you might not know,

まず ご存知でないと思われるのは

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

拡大すると その中央に

you can actually see Abraham Lincoln,

リンカーンが見えることです

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

この近くにある 実際のリンカーン記念館と同じです

What I'm sure you don't know,

絶対にご存知ないことは

that if you zoom in even further --

さらに拡大すると

(Laughter)

(笑)

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

リンカーンの胸元に OWICがあることです

(Laughter)

（笑）

But the cool thing is,

すごいのは

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

一日中見つめていても 絶対に見えないのです

It's invisible to the naked eye.

裸眼では見えません

These OWICs are so small,

OWICは非常に小さく

and we make them in such parallel fashion,

このように並行生産するので

that each OWIC costs actually less than a penny.

OWICは１個あたり １セントもかからないのです

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

このデモで最も高価なのは ステッカーです

that says "OWIC."

「OWIC」と書いてあります

(Laughter)

（笑）

That cost about eight cents.

ステッカーの値段は約８セントです

(Laughter)

（笑）

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

こういった物にワクワクするのには 色々と理由があります

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

例えば セキュリティーのための スマート・タグとしても使えます

more identifying than a fingerprint.

指紋よりも正確に 本人を特定できます

We're actually putting them inside of other medical instruments

実際にOWICを 他の医療機器の中に入れて

to give other information,

情報を提供しています

脳内に埋め込むことも検討中です

and even starting to think about putting them in the brain

to listen to neurons one at a time.

個別のニューロンを 把握するためです

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

ただ OWICには ひとつだけ問題があります

it's not a robot.

ロボットではないのです

It's just a head.

頭しかありません

(Laughter)

（笑）

And I think we'll all agree

だって そうですよね

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

脚がないロボットなんて ロボットとは言えません

Without the legs, we've got basically nothing.

脚がないということは 何もないと同然ですから

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

（マーク）さて ロボットを造るなら 脚も必要ですね

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

でも ここでは単に既存の技術を 盗む訳にいきません

some preexisting technology.

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

小さなロボットに脚を付けたければ アクチュエータという駆動装置が必要です

They have to satisfy a lot of different requirements.

これには 色々と要件があります

They need to be low voltage.

低電圧であること

They need to be low power, too.

低電力でもあること

But most importantly, they have to be small.

それから 一番大切なのは　 小さいこと

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

細胞サイズのロボットなので 脚も細胞サイズでないといけない

Now, nobody knows how to build that.

誰もそんなものを 作ったことがなく

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

要求を全て満たす 既存の技術はありませんでした

To make our legs for our tiny robots,

小さなロボットの脚を造るためには

we had to make something new.

新たに造る必要がありました

So here's what we built.

そこで これを造りました

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

これはアクチュエータで 電圧をかけているところです

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

そうすると ご覧の通り 丸まります

Now, this might not look like much,

大したことないと思うでしょうが

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

赤血球をスクリーンに写すと こんなに大きいのです

丸まっている部分は 驚くほど小さいのです

so these are unbelievably tiny curls.

They're unbelievably small,

こんなに小さいのに

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

このデバイスは問題なく曲がったり 伸びたりして 壊れません

So how do we do it?

どうやって造るのか？

Well, the actuator is made from a layer of platinum

アクチュエータは プラチナの層から造ります

just a dozen atoms or so thick.

原子10個分ほどの厚さです

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

プラチナを水に入れて

電圧をかけると

and apply a voltage to it,

atoms from the water will attach or remove themselves

水の原子が プラチナの表面から 離れたり くっついたりします

from the surface of the platinum,

水の原子が プラチナの表面から 離れたり くっついたりします

かける電圧によって変わります

depending on how much voltage you use.

これが力となるので

This creates a force,

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

この力を使って 電圧で作動制御ができます

The key here was to make everything ultrathin.

ここで大切だったのは すべてを超薄くすることでした

Then your actuator is flexible enough

薄ければ アクチュエータが柔軟なので

to bend to these small sizes without breaking,

小さく曲げても壊れず

and it can use the forces that come about

僅かな力でも動きます

たった１つの原子層の着脱の力で 十分なのです

from just attaching or removing a single layer of atoms.

これも１つずつ造る必要はありません

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

In fact, just like the OWICs,

実際 OWICと同様に 並行して大量に生産できます

we can build them massively in parallel as well.

So here's a couple thousand or so actuators,

こちらは約数千個の アクチュエータで

and all I'm doing is applying a voltage,

電圧をかけるだけで

and they all wave,

全部が波打ちます

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

まるで未来のロボット軍団の脚のようですね

(Laughter)

（笑）

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

これで頭も脚も揃いました

We've got the smarts and the actuators.

頭脳もアクチュエータも確保しました

The OWICs are the brains.

OWICが頭脳です

They give us sensors, they give us power supplies,

OWICには センサーと動力源があり

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

双方向の光通信システムがあります

The platinum layers are the muscle.

プラチナ層が脚で

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

ロボットを動かしてくれます

Now we can take those two pieces, put them together

これで ２つの部分をくっつけて

and start to build our tiny, tiny robots.

小さな 小さなロボットを 造り始められます

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

最初は 単純な物を造りました

This robot walks around under user control.

このロボットは ユーザー制御で歩き回ります

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

中央に太陽電池があり 配線が繋がっています

That's the OWIC.

これがOWICです

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

プラチナ層を付けた ２本の脚に繋がっていて

and these rigid panels that we put on top

上に載せた硬いパネルで

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

脚の曲がり具合や形を 指示します

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

特定の太陽電池に レーザーを照射し

どの脚を動かすかを選択すると

you can choose which leg you want to move

ロボットが歩き回ります

and make the robot walk around.

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

当然 これらも１つずつ造らず

並行して大量に生産します

We build them massively in parallel as well.

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

１枚の４インチウエハー上に 約100万のロボットを造れます

例えば この左側の画像に 写っているチップに

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

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

約１万個のロボットが 搭載されています

Now, in our world, the macro world,

私たちの世界はマクロですので

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

新しいマイクロプロセッサかと 思うでしょう

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

でも このチップを顕微鏡で見ると

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

何千もの小さなロボットが見えるのです

Now, these robots are still stuck down.

ロボットはまだ固定され

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

ウエハー表面に付着したままです

歩き回るためには 解放する必要があります

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

ロボット軍団を解放するところを ライブでお見せしたかったのですが

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

but the process involves highly dangerous chemicals,

そのためには非常に危険な 化学物質が必要です

like, really nasty stuff,

本当に危険な物質です

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

しかも ここはホワイトハウスまで たった1.6キロ程

Yeah. They wouldn't let us do it.

だから ダメだと言われました

So --

そこでー

(Laughter)

（笑）

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

代わりにビデオをお見せします（笑）

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

ここに写っているのは ロボット展開の最終段階です

We're using chemicals

化学物質を使って

to etch the substrate out from underneath the robots.

ロボットの下の基板を エッチングします

基板が溶解すると ロボットは解き放たれ 最終的な形になります

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

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

ご覧の通り 収率は約90％ですので

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

造った１万個のロボットの ほとんど全部が

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

展開・制御可能になるのです

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

このロボットは 色々な所で使えます

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

左側の動画をご覧いただくと 水の中にロボットがあります

ピペットを使えば 全部吸い上げることができます

I'm going to come along with a pipette,

and I can vacuum them all up.

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

ピペットから 再度ロボットを放出しても

皆 大丈夫です

they're just fine.

In fact, these robots are so small,

ロボットは非常に小さいので

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

最も細い皮下注射針も 通ることができます

you can buy.

Yeah, so if you wanted to,

もし お望みなら

you could inject yourself full of robots.

ロボットを沢山注射することも可能です

(Laughter)

（笑）

I think they're into it.

試してもいいみたいですね

(Laughter)

（笑）

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

右側は 池の水の中に入れたロボットです

I want you to wait for just one second.

ちょっとだけお待ちください

Ooop!

わっ！

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

見えましたか？ サメではなく ゾウリムシでした

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

こんな世界で生きているのです

OK, so this is all well and good,

それはいいとして

but you might be wondering at this point,

まだ知りたいことが残っていますね

"Well, do they walk?"

「実際に歩くの？」

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

歩けるという話でしたよね 実際に確かめてみましょう

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

ロボットの中央に 太陽電池があります

Those are those little rectangles.

小さな長方形です

スライドの一番上の太陽電池を ご覧ください

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

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

小さい白い点が見えますよね？ レーザーの点です

Now watch what happens when we start switching that laser

レーザーを切り換えると どうなるかご覧ください

between different solar cells on the robot.

ロボットの別の太陽電池に当てます

Off it goes!

さあ 動いた！

(Applause)

（拍手）

Yeah!

やった！

(Applause)

（拍手）

Off goes the robot marching around the microworld.

ロボットがミクロの世界を 行進して行きます

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

この動画で ご覧いただきたいのは

私が実際にロボットを 動かしている点です

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

６ヶ月間 小さなロボットに レーザーを当てることが僕の仕事で

to pilot them around the microworld.

ミクロの世界を歩かせていました

This was actually my job.

実際に僕の仕事だったのです

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

世界中で 一番カッコいい仕事でした

(Laughter)

（笑）

It was just the feeling of total excitement,

興奮に浸っていました

like you're doing the impossible.

不可能を実現しているって

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

驚嘆の気持ちは 初めて顕微鏡を覗いて

ワムシを見た 子供のときと同じでした

as a kid staring at that rotifer.

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

僕は父親で 息子がいます　 今３歳です

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

ある日 彼も同じように 顕微鏡を覗くでしょう

And I often wonder:

こう考えることがあります

What is he going to see?

息子は何を見るのだろう？と

Instead of just watching the microworld,

ミクロの世界を観察するだけでなく

we as humans can now build technology to shape it,

人間は 今やミクロの世界を形成する 技術を作ることができます

to interact with it, to engineer it.

ミクロと交流し 操作する 技術を作れるのです

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

30年後 息子が大人になった時 その能力をどう使っているか？

Will microrobots live in our bloodstream,

小さなロボットが 細菌と同じように 血流に住んでいるのでしょうか？

as common as bacteria?

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

農作物に住み 害虫駆除を しているでしょうか？

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

感染症を察知したり がん細胞をやっつけているでしょうか？

PM: And one cool part is,

（ポール）すごいことに

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

皆さんはこの革命に参加できるのです

今から10年後に

Ten years or so from now,

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

新しいiPhone 15x Motoか何かを 購入すると

(Laughter)

（笑）

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

小さな瓶に入った 数千の小さなロボットがついてきて

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

携帯電話のアプリで コントロールできるかもしれません

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

ゾウリムシに乗りたいなら 乗ってみるのも良し

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

世界最小のロボットの ダンスパーティーのDJをするも良し

make it happen.

何だって できます

(Laughter)

（笑）

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

私は その日が来るのを 楽しみにしています

MM: Thank you.

（マーク）ありがとうございました

(Applause)

（拍手）