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

Vertaald door: Huub Ramakers Nagekeken door: Rik Delaet

My students and I work on very tiny robots.

Mijn studenten en ik werken aan hele kleine robots.

Now, you can think of these as robotic versions

Deze kun je zien als mechanische versies

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

van iets waar jullie allemaal bekend mee zijn: een mier.

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

Iedereen weet dat mieren en andere net zo grote insecten

can do some pretty incredible things.

in staat zijn tot ongelooflijke dingen.

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

Iedereen heeft al eens een groep mieren, of iets soortgelijks,

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

een frietje zien wegdragen bij een picknick, bijvoorbeeld.

But what are the real challenges of engineering these ants?

Maar wat zijn de echte uitdagingen bij het ontwerp van deze mieren?

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

Ten eerste: hoe stoppen we alle capaciteiten van een mier

in a robot at the same size scale?

in een robot die even groot is?

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

Eerst moeten we uitzoeken hoe we ze gaan laten bewegen

when they're so small.

als ze zo klein zijn.

We need mechanisms like legs and efficient motors

Er zijn mechanismen als poten en motoren nodig

in order to support that locomotion,

om die voortbeweging te ondersteunen

and we need the sensors, power and control

en we hebben sensoren, kracht en controle nodig

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

om alles samen te voegen tot een semi-intelligente robotmier

And finally, to make these things really functional,

Ten slotte, om alles functioneel te krijgen

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

willen we er veel bij elkaar hebben om grotere taken te kunnen uitvoeren.

So I'll start with mobility.

Ik begin met beweeglijkheid.

Insects move around amazingly well.

Insecten bewegen zich ongelooflijk soepel.

This video is from UC Berkeley.

Deze video is van UC Berkeley.

It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain

Het laat een kakkerlak zien die over ruig terrein loopt

without tipping over,

zonder om te vallen.

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

Dit lukt omdat zijn poten gemaakt zijn van een combinatie van hard materiaal,

which is what we traditionally use to make robots,

normaal gebruikt bij het maken van robots,

and soft materials.

en zachte materialen.

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

Springen is een andere interessante manier van voortbewegen als je klein bent.

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

Deze insecten slaan energie op in een veer en laten die supersnel vrij

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

voor het hoge vermogen dat ze nodig hebben

om uit het water te kunnen springen.

So one of the big contributions from my lab

Een van de grote bijdragen uit mijn laboratorium

has been to combine rigid and soft materials

is het combineren van hard en zacht materiaal

in very, very small mechanisms.

in piepkleine machines.

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

Dit 'machientje' is ongeveer 4 millimeter lang,

so really tiny.

dus heel erg klein.

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

Het harde materiaal is silicium en het zachte materiaal is siliconenrubber.

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

Het basisidee is dat we het samendrukken,

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

energie in de veer opslaan en loslaten voor de sprong.

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

Nu nog zonder motor of stroom.

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

Het wordt aangedreven door een methode die we in mijn lab

"graduate student with tweezers." (Laughter)

"promovendus met pincet" noemen. (Gelach)

So what you'll see in the next video

In de volgende video zie je

is this guy doing amazingly well for its jumps.

dat dit kleintje het erg goed doet.

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

Dit is Aaron, de promovendus in kwestie, met het pincet

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

en je ziet dat dit machientje van 4 millimeter

jumping almost 40 centimeters high.

bijna 40 centimeter hoog springt.

That's almost 100 times its own length.

Dat is ongeveer 100 keer zijn eigen lengte.

And it survives, bounces on the table,

Het overleeft en stuitert op de tafel.

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

Het is erg stevig en overleeft prima totdat we het kwijtraken

because it's very tiny.

omdat het zo extreem klein is.

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

Uiteindelijk willen we er ook motors aan toevoegen.

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

Studenten in het lab werken al aan millimetergrote motoren

to eventually integrate onto small, autonomous robots.

voor die kleine, autonome robots.

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

Om echter nu al op deze schaal

beweeglijkheid en voortbeweging te simuleren,

we're cheating and using magnets.

spelen we vals en gebruiken we magneten.

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

Dit laat iets zien dat uiteindelijk deel wordt van een robotpoot.

and you can see the silicone rubber joints

Je ziet de siliconenrubberen gewrichten.

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

Een ingebouwde magneet wordt aangedreven

by an external magnetic field.

door een extern magnetisch veld.

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

Dit leidt tot de robot die ik al eerder liet zien.

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

Het interessante dat deze robot ons kan helpen begrijpen

is how insects move at this scale.

is hoe insecten op deze schaal bewegen.

We have a really good model for how everything

We hebben een erg goed beeld van hoe alles,

from a cockroach up to an elephant moves.

van kakkerlak tot olifant, beweegt.

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

We springen allemaal een beetje als we rennen.

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

Als ik heel klein ben, zal mijn voortbeweging meer afhangen

van de krachten tussen mijn voeten en de grond dan van mijn massa.

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

which is what causes that bouncy motion.

Vandaar die sprongbeweging.

So this guy doesn't work quite yet,

Dit ventje werkt nog niet echt,

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

maar we hebben al grotere versies die rondrennen.

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

Dit is ongeveer een kubieke centimeter, erg klein dus.

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

Hij legt al 10 lichaamslengten per seconde af

so 10 centimeters per second.

of 10 centimeter per seconde.

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

Dat is best snel voor een klein ventje

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

en dit is alleen beperkt door onze testopstelling.

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

Dit geeft een idee van hoe het momenteel werkt.

We kunnen ook 3D-geprinte versies maken die over hindernissen kunnen klimmen,

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

a lot like the cockroach that you saw earlier.

zoals de kakkerlak die jullie eerder al zagen.

But ultimately we want to add everything onboard the robot.

Uiteindelijk willen we alles in de robot krijgen.

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

We willen sensoren, stroom, besturing en aandrijving ineen.

and not everything needs to be bio-inspired.

Niet alles hoeft bio-gebaseerd te zijn.

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

Deze robot is net zo groot als een Tic Tac.

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

In dit geval gebruiken we geen magneten of spieren voor de voortbeweging,

we use rockets.

maar raketten.

So this is a micro-fabricated energetic material,

Dit is micro-gefabriceerd materiaal met hoge energie-inhoud.

and we can create tiny pixels of this,

We kunnen er kleine pixels van maken

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

en ze op de buik van de robot plaatsen

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

waardoor hij gaat springen als hij een lichtimpuls krijgt.

So the next video is one of my favorites.

Deze video is een van mijn favorieten.

So you have this 300-milligram robot

Dit is een robot van 300 milligram

jumping about eight centimeters in the air.

die acht centimeter hoog springt.

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

De robot is 4 x 4 x 7 millimeter groot.

And you'll see a big flash at the beginning

In het begin zie je een felle flits

when the energetic is set off,

waardoor het systeem reageert

and the robot tumbling through the air.

en de robot door de lucht schiet.

So there was that big flash,

Dat was de grote flits

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

en je ziet dat de robot gelanceerd wordt.

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

Dat allemaal zonder draden.

Everything is onboard, and it jumped in response

Alles zit in de robot en die springt als reactie

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

op het licht van de bureaulamp die door de student werd aangezet.

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

Je kan je misschien voorstellen welke toffe dingen allemaal mogelijk zijn

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

met robots op deze schaal die kunnen rennen, kruipen, springen en rollen.

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

Stel je de puinhoop voor na een natuurramp als een aardbeving.

Imagine these small robots running through that rubble

Beeld je in dat deze kleine robots

to look for survivors.

in het puin op zoek gaan naar overlevenden.

Or imagine a lot of small robots running around a bridge

Stel je voor dat veel kleine robots over een brug krioelen,

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

die brug checken en ze veilig kunnen maken

so you don't get collapses like this,

tegen instortingen zoals deze bij Minneapolis in 2007.

which happened outside of Minneapolis in 2007.

Of beeld je in wat je zou kunnen doen

Or just imagine what you could do

if you had robots that could swim through your blood.

met robots die door je bloed zwemmen.

Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.

Te gek hè? 'Fantastic Voyage', Isaac Asimov.

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

Je kan geopereerd worden zonder eerst opengesneden te hoeven worden.

Or we could radically change the way we build things

Of we kunnen onze manier van bouwen radicaal veranderen

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

als we kleine robots hebben die werken net zoals termieten dat doen.

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

Ze bouwen ongelooflijke torens van 8 meter hoog.

effectively well ventilated apartment buildings for other termites

Net goed geventileerde flatgebouwen.

Je vindt ze in Afrika en Australië.

in Africa and Australia.

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

Ik denk dat ik enkele mogelijkheden heb getoond

of what we can do with these small robots.

van wat we allemaal kunnen met deze kleine robots.

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

Tot nu toe hebben we redelijke vooruitgang geboekt, maar nog lang niet voldoende,

and hopefully some of you can contribute to that destination.

en hopelijk kunnen enkelen van jullie daaraan meewerken.

Thanks very much.

Heel erg bedankt.

(Applause)

(Applaus)