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

289,367 views ・ 2015-01-21

TED


Dubbelklik op de Engelse ondertitels hieronder om de video af te spelen.

Vertaald door: Huub Ramakers Nagekeken door: Rik Delaet
00:12
My students and I work on very tiny robots.
0
12564
3645
Mijn studenten en ik werken aan hele kleine robots.
00:16
Now, you can think of these as robotic versions
1
16209
2217
Deze kun je zien als mechanische versies
00:18
of something that you're all very familiar with: an ant.
2
18426
3590
van iets waar jullie allemaal bekend mee zijn: een mier.
00:22
We all know that ants and other insects at this size scale
3
22016
2760
Iedereen weet dat mieren en andere net zo grote insecten
00:24
can do some pretty incredible things.
4
24776
2236
in staat zijn tot ongelooflijke dingen.
00:27
We've all seen a group of ants, or some version of that,
5
27012
3185
Iedereen heeft al eens een groep mieren, of iets soortgelijks,
00:30
carting off your potato chip at a picnic, for example.
6
30197
4270
een frietje zien wegdragen bij een picknick, bijvoorbeeld.
00:34
But what are the real challenges of engineering these ants?
7
34467
3443
Maar wat zijn de echte uitdagingen bij het ontwerp van deze mieren?
00:37
Well, first of all, how do we get the capabilities of an ant
8
37910
3951
Ten eerste: hoe stoppen we alle capaciteiten van een mier
00:41
in a robot at the same size scale?
9
41861
2048
in een robot die even groot is?
00:43
Well, first we need to figure out how to make them move
10
43909
2604
Eerst moeten we uitzoeken hoe we ze gaan laten bewegen
00:46
when they're so small.
11
46513
1410
als ze zo klein zijn.
00:47
We need mechanisms like legs and efficient motors
12
47923
2300
Er zijn mechanismen als poten en motoren nodig
00:50
in order to support that locomotion,
13
50223
1849
om die voortbeweging te ondersteunen
00:52
and we need the sensors, power and control
14
52072
2491
en we hebben sensoren, kracht en controle nodig
00:54
in order to pull everything together in a semi-intelligent ant robot.
15
54563
3962
om alles samen te voegen tot een semi-intelligente robotmier
00:58
And finally, to make these things really functional,
16
58525
2546
Ten slotte, om alles functioneel te krijgen
01:01
we want a lot of them working together in order to do bigger things.
17
61071
3948
willen we er veel bij elkaar hebben om grotere taken te kunnen uitvoeren.
01:05
So I'll start with mobility.
18
65019
2691
Ik begin met beweeglijkheid.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
67710
3161
Insecten bewegen zich ongelooflijk soepel.
01:10
This video is from UC Berkeley.
20
70871
1688
Deze video is van UC Berkeley.
01:12
It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain
21
72559
2783
Het laat een kakkerlak zien die over ruig terrein loopt
01:15
without tipping over,
22
75342
1853
zonder om te vallen.
01:17
and it's able to do this because its legs are a combination of rigid materials,
23
77195
3997
Dit lukt omdat zijn poten gemaakt zijn van een combinatie van hard materiaal,
01:21
which is what we traditionally use to make robots,
24
81192
2353
normaal gebruikt bij het maken van robots,
01:23
and soft materials.
25
83545
1599
en zachte materialen.
01:26
Jumping is another really interesting way to get around when you're very small.
26
86374
3827
Springen is een andere interessante manier van voortbewegen als je klein bent.
01:30
So these insects store energy in a spring and release that really quickly
27
90201
4069
Deze insecten slaan energie op in een veer en laten die supersnel vrij
01:34
to get the high power they need to jump out of water, for example.
28
94270
4011
voor het hoge vermogen dat ze nodig hebben
om uit het water te kunnen springen.
01:38
So one of the big contributions from my lab
29
98281
3122
Een van de grote bijdragen uit mijn laboratorium
01:41
has been to combine rigid and soft materials
30
101403
2750
is het combineren van hard en zacht materiaal
01:44
in very, very small mechanisms.
31
104153
2214
in piepkleine machines.
01:46
So this jumping mechanism is about four millimeters on a side,
32
106367
3165
Dit 'machientje' is ongeveer 4 millimeter lang,
01:49
so really tiny.
33
109532
1688
dus heel erg klein.
01:51
The hard material here is silicon, and the soft material is silicone rubber.
34
111220
3838
Het harde materiaal is silicium en het zachte materiaal is siliconenrubber.
01:55
And the basic idea is that we're going to compress this,
35
115058
2895
Het basisidee is dat we het samendrukken,
01:57
store energy in the springs, and then release it to jump.
36
117953
2701
energie in de veer opslaan en loslaten voor de sprong.
02:00
So there's no motors on board this right now, no power.
37
120654
3383
Nu nog zonder motor of stroom.
02:04
This is actuated with a method that we call in my lab
38
124037
2763
Het wordt aangedreven door een methode die we in mijn lab
02:06
"graduate student with tweezers." (Laughter)
39
126800
2672
"promovendus met pincet" noemen. (Gelach)
02:09
So what you'll see in the next video
40
129472
1834
In de volgende video zie je
02:11
is this guy doing amazingly well for its jumps.
41
131306
3027
dat dit kleintje het erg goed doet.
02:14
So this is Aaron, the graduate student in question, with the tweezers,
42
134333
3614
Dit is Aaron, de promovendus in kwestie, met het pincet
02:17
and what you see is this four-millimeter-sized mechanism
43
137947
2683
en je ziet dat dit machientje van 4 millimeter
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
140630
2211
bijna 40 centimeter hoog springt.
02:22
That's almost 100 times its own length.
45
142841
2424
Dat is ongeveer 100 keer zijn eigen lengte.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
145265
1956
Het overleeft en stuitert op de tafel.
02:27
it's incredibly robust, and of course survives quite well until we lose it
47
147221
3514
Het is erg stevig en overleeft prima totdat we het kwijtraken
02:30
because it's very tiny.
48
150735
2626
omdat het zo extreem klein is.
02:33
Ultimately, though, we want to add motors to this too,
49
153361
2609
Uiteindelijk willen we er ook motors aan toevoegen.
02:35
and we have students in the lab working on millimeter-sized motors
50
155970
3116
Studenten in het lab werken al aan millimetergrote motoren
02:39
to eventually integrate onto small, autonomous robots.
51
159086
3600
voor die kleine, autonome robots.
02:42
But in order to look at mobility and locomotion at this size scale to start,
52
162686
3581
Om echter nu al op deze schaal
beweeglijkheid en voortbeweging te simuleren,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
166267
1974
spelen we vals en gebruiken we magneten.
02:48
So this shows what would eventually be part of a micro-robot leg,
54
168241
3076
Dit laat iets zien dat uiteindelijk deel wordt van een robotpoot.
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
171317
2017
Je ziet de siliconenrubberen gewrichten.
02:53
and there's an embedded magnet that's being moved around
56
173334
2629
Een ingebouwde magneet wordt aangedreven
02:55
by an external magnetic field.
57
175963
2303
door een extern magnetisch veld.
02:58
So this leads to the robot that I showed you earlier.
58
178266
2683
Dit leidt tot de robot die ik al eerder liet zien.
03:01
The really interesting thing that this robot can help us figure out
59
181959
3151
Het interessante dat deze robot ons kan helpen begrijpen
03:05
is how insects move at this scale.
60
185110
2007
is hoe insecten op deze schaal bewegen.
03:07
We have a really good model for how everything
61
187117
2225
We hebben een erg goed beeld van hoe alles,
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
189342
1962
van kakkerlak tot olifant, beweegt.
03:11
We all move in this kind of bouncy way when we run.
63
191304
2924
We springen allemaal een beetje als we rennen.
03:14
But when I'm really small, the forces between my feet and the ground
64
194228
4285
Als ik heel klein ben, zal mijn voortbeweging meer afhangen
van de krachten tussen mijn voeten en de grond dan van mijn massa.
03:18
are going to affect my locomotion a lot more than my mass,
65
198513
2775
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
201288
2354
Vandaar die sprongbeweging.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
203642
1675
Dit ventje werkt nog niet echt,
03:25
but we do have slightly larger versions that do run around.
68
205317
3075
maar we hebben al grotere versies die rondrennen.
03:28
So this is about a centimeter cubed, a centimeter on a side, so very tiny,
69
208392
3885
Dit is ongeveer een kubieke centimeter, erg klein dus.
03:32
and we've gotten this to run about 10 body lengths per second,
70
212277
2902
Hij legt al 10 lichaamslengten per seconde af
03:35
so 10 centimeters per second.
71
215179
1386
of 10 centimeter per seconde.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
216565
2033
Dat is best snel voor een klein ventje
03:38
and that's really only limited by our test setup.
73
218598
2362
en dit is alleen beperkt door onze testopstelling.
03:40
But this gives you some idea of how it works right now.
74
220960
2647
Dit geeft een idee van hoe het momenteel werkt.
We kunnen ook 3D-geprinte versies maken die over hindernissen kunnen klimmen,
03:44
We can also make 3D-printed versions of this that can climb over obstacles,
75
224027
3754
03:47
a lot like the cockroach that you saw earlier.
76
227781
3499
zoals de kakkerlak die jullie eerder al zagen.
03:51
But ultimately we want to add everything onboard the robot.
77
231280
2886
Uiteindelijk willen we alles in de robot krijgen.
03:54
We want sensing, power, control, actuation all together,
78
234166
3693
We willen sensoren, stroom, besturing en aandrijving ineen.
03:57
and not everything needs to be bio-inspired.
79
237859
2906
Niet alles hoeft bio-gebaseerd te zijn.
04:00
So this robot's about the size of a Tic Tac.
80
240765
3135
Deze robot is net zo groot als een Tic Tac.
04:03
And in this case, instead of magnets or muscles to move this around,
81
243900
3949
In dit geval gebruiken we geen magneten of spieren voor de voortbeweging,
04:07
we use rockets.
82
247849
2425
maar raketten.
04:10
So this is a micro-fabricated energetic material,
83
250274
2666
Dit is micro-gefabriceerd materiaal met hoge energie-inhoud.
04:12
and we can create tiny pixels of this,
84
252940
2599
We kunnen er kleine pixels van maken
04:15
and we can put one of these pixels on the belly of this robot,
85
255539
3787
en ze op de buik van de robot plaatsen
04:19
and this robot, then, is going to jump when it senses an increase in light.
86
259326
4396
waardoor hij gaat springen als hij een lichtimpuls krijgt.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
264645
1973
Deze video is een van mijn favorieten.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
266618
3040
Dit is een robot van 300 milligram
04:29
jumping about eight centimeters in the air.
89
269658
2406
die acht centimeter hoog springt.
04:32
It's only four by four by seven millimeters in size.
90
272064
2910
De robot is 4 x 4 x 7 millimeter groot.
04:34
And you'll see a big flash at the beginning
91
274974
2156
In het begin zie je een felle flits
04:37
when the energetic is set off,
92
277130
1492
waardoor het systeem reageert
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
278622
1908
en de robot door de lucht schiet.
04:40
So there was that big flash,
94
280530
1609
Dat was de grote flits
04:42
and you can see the robot jumping up through the air.
95
282139
3197
en je ziet dat de robot gelanceerd wordt.
04:45
So there's no tethers on this, no wires connecting to this.
96
285336
3032
Dat allemaal zonder draden.
04:48
Everything is onboard, and it jumped in response
97
288368
2494
Alles zit in de robot en die springt als reactie
04:50
to the student just flicking on a desk lamp next to it.
98
290862
4381
op het licht van de bureaulamp die door de student werd aangezet.
04:55
So I think you can imagine all the cool things that we could do
99
295243
3654
Je kan je misschien voorstellen welke toffe dingen allemaal mogelijk zijn
04:58
with robots that can run and crawl and jump and roll at this size scale.
100
298897
4707
met robots op deze schaal die kunnen rennen, kruipen, springen en rollen.
05:03
Imagine the rubble that you get after a natural disaster like an earthquake.
101
303604
3790
Stel je de puinhoop voor na een natuurramp als een aardbeving.
05:07
Imagine these small robots running through that rubble
102
307394
2559
Beeld je in dat deze kleine robots
05:09
to look for survivors.
103
309953
2218
in het puin op zoek gaan naar overlevenden.
05:12
Or imagine a lot of small robots running around a bridge
104
312171
2956
Stel je voor dat veel kleine robots over een brug krioelen,
05:15
in order to inspect it and make sure it's safe
105
315127
2159
die brug checken en ze veilig kunnen maken
05:17
so you don't get collapses like this,
106
317286
2040
tegen instortingen zoals deze bij Minneapolis in 2007.
05:19
which happened outside of Minneapolis in 2007.
107
319326
3907
Of beeld je in wat je zou kunnen doen
05:23
Or just imagine what you could do
108
323233
1762
05:24
if you had robots that could swim through your blood.
109
324995
2523
met robots die door je bloed zwemmen.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
327518
2333
Te gek hè? 'Fantastic Voyage', Isaac Asimov.
05:29
Or they could operate without having to cut you open in the first place.
111
329851
4355
Je kan geopereerd worden zonder eerst opengesneden te hoeven worden.
05:34
Or we could radically change the way we build things
112
334206
2730
Of we kunnen onze manier van bouwen radicaal veranderen
05:36
if we have our tiny robots work the same way that termites do,
113
336936
3407
als we kleine robots hebben die werken net zoals termieten dat doen.
05:40
and they build these incredible eight-meter-high mounds,
114
340343
2765
Ze bouwen ongelooflijke torens van 8 meter hoog.
05:43
effectively well ventilated apartment buildings for other termites
115
343108
4088
Net goed geventileerde flatgebouwen.
Je vindt ze in Afrika en Australië.
05:47
in Africa and Australia.
116
347196
2091
05:49
So I think I've given you some of the possibilities
117
349287
2430
Ik denk dat ik enkele mogelijkheden heb getoond
05:51
of what we can do with these small robots.
118
351717
2437
van wat we allemaal kunnen met deze kleine robots.
05:54
And we've made some advances so far, but there's still a long way to go,
119
354154
4407
Tot nu toe hebben we redelijke vooruitgang geboekt, maar nog lang niet voldoende,
05:58
and hopefully some of you can contribute to that destination.
120
358561
2858
en hopelijk kunnen enkelen van jullie daaraan meewerken.
06:01
Thanks very much.
121
361419
1768
Heel erg bedankt.
06:03
(Applause)
122
363187
2204
(Applaus)
Over deze website

Deze site laat u kennismaken met YouTube-video's die nuttig zijn om Engels te leren. U ziet Engelse lessen gegeven door topdocenten uit de hele wereld. Dubbelklik op de Engelse ondertitels op elke videopagina om de video af te spelen. De ondertitels scrollen synchroon met het afspelen van de video. Heeft u opmerkingen of verzoeken, neem dan contact met ons op via dit contactformulier.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7