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

サラ・バーグブライター: 米粒のサイズのロボットを作る理由

翻訳: Moe Shoji 校正: Masami Mutsukado and Kacie Wright

My students and I work on very tiny robots.

私は私の学生と一緒に 極小ロボットに取り組んでいます

Now, you can think of these as robotic versions

皆さんもよくご存知の生き物の

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

ロボット版だと考えて下さい アリです

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

アリをはじめ このサイズの昆虫が

can do some pretty incredible things.

かなりすごい能力を持っているのは ご承知のとおりです

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

ピクニックのときに アリなどの昆虫の群れが

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

ポテトチップスを引っ張っているのを 見たことがあるでしょう

But what are the real challenges of engineering these ants?

このようなアリを作る 真の困難とは何でしょう？

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

まずはじめに アリの能力をどうやって

in a robot at the same size scale?

同じサイズのロボットに 搭載すればいいのでしょう？

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

これほど小さいものを どうやって動かすかを

when they're so small.

まず考えなければなりません

We need mechanisms like legs and efficient motors

脚や効率のよいモーターなどで

in order to support that locomotion,

運動を支える必要がありますし

and we need the sensors, power and control

センサーや動力源や制御装置で

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

半自動制御のアリのロボットを 動くようにしなければなりません

And finally, to make these things really functional,

最後に これらを 機能的にするためには

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

たくさん集まって より大きな作業を できるようにしなければなりません

So I'll start with mobility.

可動性から始めましょう

Insects move around amazingly well.

昆虫は非常にうまく動き回ります

This video is from UC Berkeley.

このビデオはカリフォルニア大学のものです

It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain

ゴキブリが とても凹凸の多い表面を

without tipping over,

転ばずに歩いています

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

これはゴキブリの脚が 従来ロボットに使われていたような固い物質と

which is what we traditionally use to make robots,

やわらかい物質の

and soft materials.

組み合わせでできているからです

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

ジャンプも小さい生き物の動き方として 面白いものです

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

ばねに貯めたエネルギーを 素早く解放することで

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

たとえば 水から飛び出るような 大きな力を得ています

So one of the big contributions from my lab

私の研究室が成し遂げた 大きな貢献のひとつは

has been to combine rigid and soft materials

固い物質とやわらかい物質を

in very, very small mechanisms.

とても小さいメカニズムに 混在させるということです

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

ジャンプのメカニズムは 幅４ミリほどで

so really tiny.

とても小さいです

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

固い物質はシリコンで やわらかい物質はシリコンラバーです

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

基本的な考えとしては これを収縮させて

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

ばねにエネルギーを貯め 解放してジャンプするというものです

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

ですから モーターも動力源も 搭載されていません

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

これを動かすのに必要な方法論は 私の研究室で

"graduate student with tweezers." (Laughter)

「大学院生とピンセット」と 呼んでいるものです　(笑)

So what you'll see in the next video

次のビデオでは

is this guy doing amazingly well for its jumps.

これが非常によく 跳躍する様子が見られます

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

こちらは件のピンセットを持った 大学院生のアーロンですが

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

ここでは大きさ４mmのメカニズムが

jumping almost 40 centimeters high.

高さ40cmもジャンプしているのが わかります

That's almost 100 times its own length.

これは大きさの100倍にも及ぶ高さです

And it survives, bounces on the table,

壊れることなく テーブルにバウンドしています

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

これは非常に堅固です もちろんとても小さいので

because it's very tiny.

失くさないよう 気を付けなければいけません

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

ですが最終的にこれにも モーターを搭載したいので

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

研究室の学生たちは 小さい自動制御ロボットに搭載する

to eventually integrate onto small, autonomous robots.

１mm単位のモーターに取り組んでいます

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

しかし可動性を考慮して このサイズのものを始動させるために

we're cheating and using magnets.

ちょっとずるいですが 磁石を使っています

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

これはマイクロロボットの脚になるものです

and you can see the silicone rubber joints

接続部がシリコンラバーで

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

外の磁場によって動かされている 埋め込まれた磁石が

by an external magnetic field.

見えると思います

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

これが先ほどお見せした ロボットにつながります

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

このロボットによって 解明される興味深いことは

is how insects move at this scale.

この大きさの昆虫の動き方です

We have a really good model for how everything

ゴキブリからゾウに至るまで あらゆるものの動き方の

from a cockroach up to an elephant moves.

とてもいいモデルになるのです

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

皆走るときには 少し飛び跳ねるように動きますが

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

とても小さい場合は 脚と地面の間に働く力の方が

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

体の体積よりも運動に影響します

which is what causes that bouncy motion.

そのために飛び跳ねるように動くのです

So this guy doesn't work quite yet,

これはまだうまく動きませんが

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

もう少し大きいもので 走り回れるものを作りました

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

これは１立法cmの大きさで 幅１cmで とても小さいです

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

１秒に全長10個分 走り回るようにしたので

so 10 centimeters per second.

秒速10cmです

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

この大きさにしては かなり速いですが

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

試験環境に限りがあったため この速さが限界です

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

でも動き方については わかったと思います

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

障害物を越えることのできる 3Dプリンターで作ったものもあります

a lot like the cockroach that you saw earlier.

先ほどのゴキブリに よく似ていますね

But ultimately we want to add everything onboard the robot.

最終的にはすべてを 搭載したいと思っています

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

センサーや動力源 制御装置や 作動装置もすべて搭載したいのですが

and not everything needs to be bio-inspired.

すべてが生き物に由来している 必要はありません

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

このロボットは タブレット菓子くらいの大きさです

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

この場合 動き回るための 磁石や筋肉の代わりに

we use rockets.

ロケットを使います

So this is a micro-fabricated energetic material,

これはマイクロ加工された エネルギー物質で

and we can create tiny pixels of this,

数ピクセル分作って

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

このロボットのおなかに つけることができます

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

そうすると 光が強くなるのを 感じてジャンプするのです

So the next video is one of my favorites.

次のビデオは私のお気に入りです

So you have this 300-milligram robot

300mgのロボットが

jumping about eight centimeters in the air.

８cmほどジャンプしているのが わかります

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

大きさはたったの 4mm x 4mm x 7mmです

And you'll see a big flash at the beginning

最初にエネルギーが放出されたときに

when the energetic is set off,

大きな光が出て

and the robot tumbling through the air.

ロボットが空中を浮遊しているのが わかりますね

So there was that big flash,

大きな光が出て

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

ロボットが空中をジャンプしています

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

このロボットにはロープも ワイヤーもついていません

Everything is onboard, and it jumped in response

すべてが搭載され 学生がそばにあるデスクランプを

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

つけたことに反応して ジャンプしたのです

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

ですから 走ったり這い回ったり ジャンプしたり転げまわる

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

このサイズのロボットですごいことが できることが想像できるでしょう

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

地震のような自然災害のあとで 出る瓦礫を考えてみてください

Imagine these small robots running through that rubble

こうした小さなロボットが 瓦礫の周りを走り回って

to look for survivors.

生存者を探せたらどうでしょう

Or imagine a lot of small robots running around a bridge

あるいは 小さなロボットが たくさん橋の周りを走り回って

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

安全性を確認するのはどうでしょう

so you don't get collapses like this,

ミネアポリス近郊で

which happened outside of Minneapolis in 2007.

2007年に起こったようなことは 起こらないでしょう

Or just imagine what you could do

あなたの血管を泳ぎまわれるような

if you had robots that could swim through your blood.

ロボットがあったらどうか 想像してみてください

Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.

アイザック・アシモフの 『ミクロの決死圏』みたいでしょ？

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

開腹しないでロボットが 手術できたらどうでしょうか？

Or we could radically change the way we build things

シロアリのように動き回る 小さなロボットがあれば

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

建設方法を大きく 変化させられるかもしれません

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

シロアリはアフリカやオーストラリアで

effectively well ventilated apartment buildings for other termites

他のシロアリと一緒に住むための とても換気のいい 高さ８mもの

in Africa and Australia.

山を作るのです

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

小さなロボットでできることの 可能性をいくつか

of what we can do with these small robots.

お見せしました

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

いくらか進歩したとはいえ まだまだ道は長いですが

and hopefully some of you can contribute to that destination.

あなた方の中に この道に 貢献できる人がいることを願います

Thanks very much.

ありがとうございました

(Applause)

(拍手)