Tiny robots with giant potential | Paul McEuen and Marc Miskin

Translator: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Vertaald door: Esther van Driel Nagekeken door: Rik Delaet

Mark Miskin: This is a rotifer.

Mark Miskin: Dit is een raderdier.

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

Het is een micro-organisme zo groot als de breedte van een haar.

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

Ze leven overal op aarde -- zout water, zoet water, overal --

and this one is out looking for food.

en deze is op zoek naar voedsel.

I remember the first time I saw this thing,

De eerste keer dat ik er een zag, was ik acht jaar oud

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

en ik was compleet overdonderd.

I mean, here is this incredible little creature,

Het is een zeer klein beestje,

it's hunting, swimming,

hij jaagt en zwemt,

going about its life,

hij leeft zijn leven,

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

maar zijn hele universum past in een druppel vijverwater.

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

Paul McEuen: Dit kleine raderdiertje laat ons iets wonderbaarlijks zien.

It says that you can build a machine

Het laat zien dat je een machine kan bouwen

that is functional, complex, smart,

die functioneel, complex en slim is,

but all in a tiny little package,

maar helemaal in een klein pakketje past,

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

zo klein dat ze onmogelijk te zien is.

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

De ingenieur in mij staat versteld door dit dingetje,

that anyone could make such a creature.

dat iemand zo'n wezen kan maken.

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

Maar achter die verwondering schuilt ook wat jaloezie, dat geef ik toe.

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

Als de natuur het kan, waarom wij dan niet?

Why can't we build tiny robots?

Waarom kunnen we geen piepkleine robots bouwen?

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

Ik ben niet de enige met dit idee.

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

Sterker nog: in de laatste paar jaar

researchers around the world have taken up the task

hebben onderzoekers wereldwijd de taak op zich genomen

of trying to build robots

om te proberen robots te bouwen

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

die zo klein zijn dat ze niet gezien kunnen worden.

And what we're going to tell you about today

We gaan jullie vandaag vertellen

is an effort at Cornell University

over een poging van de Cornell Universiteit

and now at the University of Pennsylvania

en van de Universiteit van Pennsylvania

to try to build tiny robots.

om piepkleine robots te bouwen.

OK, so that's the goal.

Dat is dus het doel.

But how do we do it?

Maar hoe gaan we het doen?

How do we go about building tiny robots?

Hoe gaan we piepkleine robots bouwen?

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

Uitgerekend Pablo Picasso geeft ons onze eerste hint.

Picasso said --

Picasso zei --

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

['Goede kunstenaars kopiëren, geweldige kunstenaars stelen.']

(Laughter)

"Good artists copy. Great artists steal."

Goede kunstenaars kopiëren, geweldige kunstenaars stelen.

(Laughter)

(Gelach)

OK. But steal from what?

Oké. Maar waarvandaan kunnen we stelen?

Well, believe it or not,

Of je het gelooft of niet,

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

de meeste technologie die nodig is om een piepkleine robot te bouwen bestaat al.

The semiconductor industry has been getting better and better

De halfgeleiderindustrie is steeds beter en beter geworden

in het maken van steeds kleinere apparaten.

at making tinier and tinier devices,

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

Op dit moment kunnen ze zo'n miljoen transistors bij elkaar stoppen

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

die niet meer ruimte innemen dan een eencellig pantoffeldiertje.

a single-celled paramecium.

And it's not just electronics.

En dit betreft niet alleen elektronica.

They can also build little sensors,

Ze kunnen ook kleine sensoren maken,

LEDs,

LED-lampjes,

whole communication packages that are too small to be seen.

complete communicatiepakketjes die te klein zijn om te zien.

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

Dus dat gaan we doen.

We're going to steal that technology.

We gaan die technologie stelen.

Here's a robot.

Hier is een robot.

(Laughter)

(Gelach)

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

De robot heeft blijkbaar twee delen.

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

Hij heeft een hoofd en benen.

[Steal these: Brains]

[Steel deze: hersenen]

(Laughter)

(Gelach)

We're going to call this a legless robot,

We gaan dit een beenloze robot noemen,

which may sound exotic,

wat misschien exotisch klinkt,

but they're pretty cool all by themselves.

maar ze zijn op zichzelf al heel gaaf.

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

De meeste van jullie dragen nu een beenloze robot bij jullie.

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

Je smartphone is 's werelds meest succesvolle beenloze robot.

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

In slechts 15 jaar heeft hij de hele planeet veroverd.

En waarom niet?

And why not?

It's such a beautiful little machine.

Het is zo'n mooi machientje.

It's incredibly intelligent,

Het is extreem intelligent,

it's got great communication skills,

heeft uitstekende communicatievaardigheden

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

en zit in een verpakking die je in je hand kan houden.

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

We willen net zoiets gaan bouwen,

maar dan op de schaal van een cel,

only down at the cellular scale,

the size of a paramecium.

ter grootte van een pantoffeldiertje.

And here it is.

Dit is het.

This is our cell-sized smartphone.

Dit is onze smartphone ter grootte van een cel.

It even kind of looks like a smartphone,

Hij ziet er zelfs uit als een smartphone,

only it's about 10,000 times smaller.

maar is alleen 10.000 keer zo klein.

We call it an OWIC.

We noemen het een OWIC.

[Optical Wireless Integrated Circuits]

[Optische Draadloze Geïntegreerde Schakelingen]

OK, we're not advertisers, all right?

Oké, we zijn geen adverteerders.

(Laughter)

(Gelach)

But it's pretty cool all by itself.

Maar het is op zichzelf behoorlijk gaaf.

In fact, this OWIC has a number of parts.

Deze OWIC heeft een paar onderdelen.

So up near the top,

Vlakbij de bovenkant

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

zitten gave kleine zonnecellen waar je licht op schijnt

wat een kleine schakeling daar in het midden activeert.

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

Die schakeling kan een piepkleine LED besturen,

And that circuit can drive a little tiny LED

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

die naar je kan knipperen en de OWIC met je laat communiceren.

So unlike your cell phone,

In tegenstelling tot je mobiel

the OWIC communicates with light,

communiceert de OWIC met licht,

sort of like a tiny firefly.

net als een piepklein vuurvliegje.

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

Een van de gave dingen van deze OWICs

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

is dat we er niet een tegelijk maken

soldering all the pieces together.

en de stukjes aan elkaar solderen.

We make them in massive parallel.

We maken er heel veel tegelijk.

For example, about a million of these OWICs

Zo'n miljoen van deze OWICs passen bijvoorbeeld

can fit on a single four-inch wafer.

op een enkele wafer van 10 centimeter.

And just like your phone has different apps,

En zoals je telefoon verschillende apps heeft,

you can have different kinds of OWICs.

zijn er verschillende soorten OWICs.

Sommigen kunnen bijvoorbeeld spanning meten,

There can be ones that, say, measure voltage,

sommigen meten de temperatuur

some that measure temperature,

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

of hebben een lampje dat kan knipperen om te laten weten dat het er is.

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

Ze zijn behoorlijk gaaf, deze piepkleine apparaatjes.

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

Ik wil jullie er meer details over vertellen.

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

Maar eerst moet ik jullie over iets anders vertellen.

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

Ik ga jullie iets over penny's vertellen wat jullie wellicht nog niet weten.

So this one is a little bit older penny.

Dit is een wat oudere penny.

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

Er staat een plaatje van het Lincoln Monument op.

But the first thing you might not know,

Wat je wellicht niet weet

is dat wanneer je inzoomt

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

you can actually see Abraham Lincoln,

je Abraham Lincoln kan zien,

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

net zoals in het echte Lincoln Monument niet ver hiervandaan.

What I'm sure you don't know,

Ik weet zeker dat je niet weet

that if you zoom in even further --

dat als je nog verder inzoomt --

(Laughter)

(Gelach)

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

je zal zien dat er een OWIC op Lincoln's borst zit.

(Laughter)

(Gelach)

But the cool thing is,

Het gave is

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

dat je het nooit zou zien, al keek je er de hele dag naar.

It's invisible to the naked eye.

Het is onzichtbaar voor het blote oog.

These OWICs are so small,

Deze OWICs zijn zo klein

and we make them in such parallel fashion,

en we maken ze geschakeld en met zoveel tegelijk,

that each OWIC costs actually less than a penny.

dat elke OWIC minder dan een penny kost.

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

Het duurste op deze demo is dat kleine stickertje

that says "OWIC."

waar 'OWIC' op staat.

(Laughter)

(Gelach)

That cost about eight cents.

Dat kost zo'n acht cent.

(Laughter)

(Gelach)

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

We hebben allerlei redenen om erg enthousiast te zijn over deze dingen.

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

We kunnen ze bijvoorbeeld gebruiken als piepkleine smarttags,

more identifying than a fingerprint.

die unieker zijn dan een vingerafdruk.

We're actually putting them inside of other medical instruments

We stoppen ze zelfs in andere medische instrumenten

to give other information,

om andere informatie te geven

en denken erover om ze in hersenen te stoppen

and even starting to think about putting them in the brain

to listen to neurons one at a time.

om stuk voor stuk naar elk neuron te luisteren.

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

Er is maar een ding mis met deze OWICs:

it's not a robot.

het is geen robot.

It's just a head.

Het is alleen een hoofd.

(Laughter)

(Gelach)

And I think we'll all agree

En we zullen het eens zijn

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

dat een halve robot helemaal geen robot is.

Without the legs, we've got basically nothing.

Zonder de benen hebben we eigenlijk niets.

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

MM: Oké, dus je hebt ook benen nodig als je een robot wilt bouwen.

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

Hier blijkt

dat je geen bestaande technologie kan stelen.

some preexisting technology.

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

Als je benen voor je piepkleine robot wil, heb je actuatoren nodig, bewegende delen.

They have to satisfy a lot of different requirements.

Die moeten aan veel verschillende eisen voldoen.

They need to be low voltage.

Ze moeten een lage spanning hebben.

They need to be low power, too.

Ze moeten weinig stroom verbruiken.

But most importantly, they have to be small.

Het belangrijkste is dat ze klein moeten zijn.

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

Een robot ter grootte van een cel heeft benen ter grootte van een cel nodig.

Now, nobody knows how to build that.

Niemand kan dat nog maken.

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

Er bestond nog geen technologie die aan al die eisen voldoet.

To make our legs for our tiny robots,

Om benen voor onze piepkleine robots te maken,

we had to make something new.

moesten we iets nieuws creëren.

So here's what we built.

Dit is wat we maakten.

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

Dit is een van onze actuatoren en ik zet er stroom op.

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

Als ik dat doe zie je dat de actuator reageert door op te krullen.

Now, this might not look like much,

Dit lijkt misschien niet veel,

maar een rode bloedcel op het scherm zou ongeveer zo groot zijn,

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

dus dit zijn ongelofelijk kleine krullen.

so these are unbelievably tiny curls.

They're unbelievably small,

Ze zijn zeer klein

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

en toch kan dit apparaat buigen en terugbuigen zonder dat het kapot gaat.

So how do we do it?

Hoe doen we dit?

Well, the actuator is made from a layer of platinum

De actuator bestaat uit een laag platina, zo dik als een dozijn atomen.

just a dozen atoms or so thick.

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

Het blijkt dat als je platina in water doopt

en daar stroom op zet,

and apply a voltage to it,

atoms from the water will attach or remove themselves

dat wateratomen zich vastzetten of losmaken

from the surface of the platinum,

van het oppervlak van het platina, afhankelijk van het voltage.

depending on how much voltage you use.

Dit creëert een kracht

This creates a force,

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

die je kan gebruiken voor spanningsgestuurde aandrijving.

The key here was to make everything ultrathin.

Alles superdun maken bleek de oplossing te zijn.

Then your actuator is flexible enough

Dan is je actuator flexibel genoeg

om zich klein te buigen zonder te breken

to bend to these small sizes without breaking,

and it can use the forces that come about

en het gebruikt ontstane kracht

voor het bevestigen of verwijderen van een laag atomen.

from just attaching or removing a single layer of atoms.

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

Deze hoeven we ook niet per stuk te maken.

In fact, just like the OWICs,

Net als de OWICs kunnen we ze op grote schaal geschakeld maken.

we can build them massively in parallel as well.

So here's a couple thousand or so actuators,

Hier zijn zo'n paar duizend actuatoren

and all I'm doing is applying a voltage,

en ik zet er alleen maar stroom op

and they all wave,

en ze bewegen allemaal.

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

Ze zien eruit als de benen van een toekomstig robotleger.

(Laughter)

(Gelach)

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

Nu hebben we de hersenen en de spierkracht.

We've got the smarts and the actuators.

We hebben de intelligentie en de actuatoren.

The OWICs are the brains.

De OWICs zijn de hersenen.

They give us sensors, they give us power supplies,

Ze geven ons sensoren, ze geven ons stroom

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

en ze geven ons door het licht tweerichtingscommunicatie.

Het platina vormt de spieren.

The platinum layers are the muscle.

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

Zij gaan zorgen dat de robot kan bewegen.

Now we can take those two pieces, put them together

We kunnen deze twee delen samenvoegen

en onze piepkleine robots gaan bouwen.

and start to build our tiny, tiny robots.

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

Het eerste dat we wilde bouwen was heel simpel.

Deze robot wordt bestuurd door de gebruiker.

This robot walks around under user control.

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

In het midden zitten zonnecellen met wat bedrading eraan.

That's the OWIC.

Dat is de OWIC.

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

Ze zijn verbonden aan benen met een platina laag

and these rigid panels that we put on top

en deze rigide panelen die we erop doen

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

vertellen de benen in welke vorm en hoe ze zich moeten vouwen.

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

Door een laser op de zonnecellen te schieten

kan je kiezen welk been moet bewegen

you can choose which leg you want to move

en kan je de robot laten rondlopen.

and make the robot walk around.

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

Ook deze maken we niet een voor een.

Ook deze bouwen we geschakeld op grote schaal.

We build them massively in parallel as well.

We kunnen zo'n miljoen robots maken op een wafer van 10 centimeter.

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

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

Dit plaatje links is bijvoorbeeld een chip

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

en deze chip bevat zo'n 10.000 robots.

Now, in our world, the macro world,

In onze macrowereld

ziet dit ding eruit alsof het een soort nieuwe microprocessor is.

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

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

Maar als je die chip eruit haalt en onder een microscoop legt,

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

dan zul je duizenden en duizenden piepkleine robotjes zien.

Now, these robots are still stuck down.

Deze robots zitten nog vast.

Ze zitten vast aan het oppervlak waar ze op gemaakt zijn.

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

Om ze rond te kunnen laten lopen moeten we ze losmaken.

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,

We wilden jullie live laten zien hoe we het robotleger losmaken,

maar er zijn zeer gevaarlijke chemicaliën nodig voor dat proces,

but the process involves highly dangerous chemicals,

like, really nasty stuff,

echt heel naar spul

en we zitten een kilometer bij het Witte Huis vandaan?

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

Yeah. They wouldn't let us do it.

Ja. Ze lieten het ons niet doen.

So --

Dus --

(Laughter)

(Gelach)

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

dus in plaats daarvan laten we jullie een filmpje zien. (Lacht)

Jullie kijken nu naar de laatste stadia van het losmaken van de robots.

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

We're using chemicals

We gebruiken chemicaliën om het substraat

to etch the substrate out from underneath the robots.

onder de robots weg te halen.

Als dit oplost kunnen de robots zich in hun uiteindelijke vorm vouwen.

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,

Je kan hier zien dat de opbrengst zo'n 90 procent is,

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

dus bijna elk van de 10.000 robots die we bouwen

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

is een robot die we later kunnen inzetten en besturen.

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

We kunnen deze robots op verschillende plaatsen zetten.

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

Als je naar het filmpje links kijkt, zie je robots in het water.

Ik kom straks langs met een pipet en ik kan ze allemaal opzuigen.

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,

Als je de robots uit die pipet injecteert,

zijn ze in orde.

they're just fine.

In fact, these robots are so small,

Deze robots zijn zelfs zo klein

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

dat ze door de dunste injectienaald passen die je kan kopen.

you can buy.

Yeah, so if you wanted to,

Dus als je dat zou willen

you could inject yourself full of robots.

kan je jezelf vol met robots injecteren.

(Laughter)

(Gelach)

I think they're into it.

Ik denk dat ze het wel wat vinden.

(Laughter)

(Gelach)

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

Rechts is een robot die we in vijverwater hebben gezet.

Ik wil dat je een seconde wacht.

I want you to wait for just one second.

Ooop!

Hup!

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

Zie je dat? Dat was geen haai. Dat was een pantoffeldiertje.

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

Dat is de wereld waar deze dingen in leven.

OK, so this is all well and good,

Dit is allemaal prima,

but you might be wondering at this point,

maar je vraagt je nu misschien af:

"Well, do they walk?"

kunnen ze ook lopen?

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

Toch? Dat is wat ze zouden moeten doen.

Het is ze geraden. Laten we kijken.

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

Hier is de robot met de zonnecellen in het midden.

Those are those little rectangles.

Dat zijn die kleine rechthoekjes.

Ik wil dat je naar de zonnecel kijkt, vlakbij de bovenkant van de dia.

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

Zie je dat witte puntje? Dat is een laserpunt.

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

Now watch what happens when we start switching that laser

Wat gebeurt er als we die laser verplaatsen

between different solar cells on the robot.

tussen verschillende zonnecellen op de robot?

Off it goes!

Daar gaat hij!

(Applause)

(Applaus)

Yeah!

Ja!

(Applause)

(Applaus)

Off goes the robot marching around the microworld.

Daar gaat de robot, marcherend door de microwereld.

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

Een van de gave dingen van dit filmpje is:

ik bestuur zelf de robot in dit filmpje.

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

Zes maanden lang bestond mijn werk uit het schieten van lasers

op piepkleine robots ter grootte van een cel

to pilot them around the microworld.

om ze door de microwereld te loodsen.

This was actually my job.

Dat was echt mijn werk.

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

Zo ver ik weet is dat de gaafste baan ter wereld.

(Laughter)

(Gelach)

It was just the feeling of total excitement,

Ik voelde me elke keer weer enthousiast,

like you're doing the impossible.

alsof je het onmogelijke doet.

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

Ik was verwonderd, net zoals toen ik die eerste keer door een microscoop keek

as a kid staring at that rotifer.

en naar dat pantoffeldiertje staarde.

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

Ik ben nu vader, ik heb een zoon en hij is bijna drie jaar oud.

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

Op een dag gaat hij door zo'n microscoop kijken.

And I often wonder:

En ik vraag me vaak af:

What is he going to see?

wat gaat hij zien?

Instead of just watching the microworld,

In plaats van de microwereld slechts te zien,

we as humans can now build technology to shape it,

kunnen wij mensen nu technologie maken om het te vormen,

ermee te interageren, het te ontwikkelen.

to interact with it, to engineer it.

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

Over 30 jaar, als mijn zoon volwassen is,

wat zullen we dan met die vaardigheid doen?

Will microrobots live in our bloodstream,

Zullen er microrobots in ons bloed leven,

as common as bacteria?

net zo normaal als bacteriën?

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

Zullen ze op onze gewassen leven en ongedierte tegengaan?

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

Zullen ze ons vertellen wanneer we infecties hebben of kanker bevechten?

PM: And one cool part is,

PM: En wat gaaf is,

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

is dat je deel kan uitmaken van deze revolutie.

Over zo'n tien jaar,

Ten years or so from now,

als je je nieuwe iPhone 15x Moto koopt, of hoe het ook heet --

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

(Laughter)

(Gelach)

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

zit er misschien een potje met een paar duizend piepkleine robots bij

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

die je kan besturen met een app op je telefoon.

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

Als je een pantoffeldiertje wilt berijden, ga er dan voor.

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

Als je DJ wilt zijn op 's werelds kleinste robotdansfeest,

make it happen.

laat het gebeuren.

(Laughter)

(Gelach)

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

Ik kijk heel erg uit naar die dag.

MM: Thank you.

MM: Dank jullie wel.

(Applause)

(Applaus)