Tiny robots with giant potential | Paul McEuen and Marc Miskin

Translator: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Tradutor: Rodrigo Fernandes Gonçalves Revisora: Margarida Ferreira

Mark Miskin: This is a rotifer.

Mark Miskin: Isto é um rotífero.

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

É um micro-organismo com a grossura de um cabelo.

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

Moram em todos os lugares na Terra

— na água salgada ou doce, por toda a parte.

and this one is out looking for food.

Este aqui está a procurar comida.

I remember the first time I saw this thing,

Lembro-me da primeira vez que vi esta coisa.

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

Eu tinha oito anos e fiquei completamente assombrado.

I mean, here is this incredible little creature,

Ou seja, esta criaturinha incrível está a caçar, a nadar,

it's hunting, swimming,

going about its life,

está a viver a sua vida.

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

Mas todo o seu universo cabe numa gota de água da lagoa.

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

Paul McEuen: Este pequeno rotífero mostra-nos algo maravilhoso.

It says that you can build a machine

Diz que podemos construir uma máquina

that is functional, complex, smart,

que é funcional, complexa, inteligente,

but all in a tiny little package,

tudo isso dentro de um pacotinho

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

tão pequeno que é impossível vê-lo.

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

O engenheiro que eu sou fica fascinado com isso,

that anyone could make such a creature.

que qualquer um possa fazer tal criatura.

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

Mas, por trás desse fascínio, reconheço, há um pouco de inveja.

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

Quero dizer, a natureza consegue fazê-lo. Porque é que nós não?

Why can't we build tiny robots?

Porque não conseguimos construir pequenos robôs?

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

Bem, eu não sou o único a ter esta ideia.

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

Na verdade, nos últimos anos,

researchers around the world have taken up the task

investigadores em todo o mundo

assumiram a tarefa de tentar construir robôs

of trying to build robots

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

tão pequenos que não se conseguem ver.

And what we're going to tell you about today

E o que vos vamos contar hoje,

is an effort at Cornell University

é um esforço da Universidade Cornell

and now at the University of Pennsylvania

e agora da Universidade da Pensilvânia

to try to build tiny robots.

de tentar construir robôs minúsculos.

OK, so that's the goal.

OK, é esse o objetivo.

But how do we do it?

Mas como fazemos isso?

How do we go about building tiny robots?

Como é que construímos robôs minúsculos?

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

Bem, entre todas as pessoas,

foi Pablo Picasso quem nos deu a primeira dica.

Picasso said --

Picasso disse:

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

[Os bons artistas copiam e os ótimos roubam]

(Laughter)

"Good artists copy. Great artists steal."

(Risos)

"Os bons artistas copiam e os ótimos roubam."

(Laughter)

(Risos)

OK. But steal from what?

OK. Mas roubar aonde?

Well, believe it or not,

Acreditem ou não,

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

já existe a maior parte da tecnologia necessária para construir um robozinho.

The semiconductor industry has been getting better and better

A indústria de semicondutores tem vindo a melhorar muito

at making tinier and tinier devices,

a fazer dispositivos cada vez mais pequenos.

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

Neste momento eles podem colocar algo como um milhão de transístores

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

num pacote com o mesmo tamanho

a single-celled paramecium.

de, digamos, um só paramécio unicelular.

And it's not just electronics.

E não é só a eletrónica.

They can also build little sensors,

Também podem criar pequenos sensores, LEDs,

LEDs,

whole communication packages that are too small to be seen.

pacotes completos de comunicação demasiado pequenos para serem vistos

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

É isso que vamos fazer.

We're going to steal that technology.

Vamos roubar essa tecnologia.

Here's a robot.

Temos aqui um robô.

(Laughter)

(Risos)

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

Os robôs têm duas partes, como podem ver

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

Têm uma cabeça e têm pernas.

[Steal these: Brains]

[Roubem isto: Cérebro]

(Laughter)

(Risos)

We're going to call this a legless robot,

Vamos chamar-lhe um "robô sem pernas",

which may sound exotic,

o que pode parecer exótico,

but they're pretty cool all by themselves.

mas eles já são muito fixes assim.

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

Na verdade, muitos de vocês já têm um robô sem pernas.

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

O vosso "smartphone" é o robô sem pernas mais bem-sucedido do mundo

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

Somente em 15 anos, conquistou todo o planeta.

And why not?

E porque não?

It's such a beautiful little machine.

É uma pequena máquina maravilhosa.

It's incredibly intelligent,

É incrivelmente inteligente.

it's got great communication skills,

Tem ótimas capacidades de comunicação

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

e tudo num pacote que cabe na vossa mão.

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

Então, queremos conseguir construir algo como isto,

only down at the cellular scale,

só que à escala celular,

the size of a paramecium.

do tamanho de um paramécio.

And here it is.

E aqui está.

This is our cell-sized smartphone.

Um "smartphone" do tamanho de uma célula.

It even kind of looks like a smartphone,

E até parece um "smartphone",

only it's about 10,000 times smaller.

só que 10 000 vezes mais pequeno.

We call it an OWIC.

Chamamos-lhe COISF

[Optical Wireless Integrated Circuits]

[Circuito Ótico Integrado Sem Fios]

OK, we're not advertisers, all right?

Não somos publicitários, ok?

(Laughter)

(Risos)

But it's pretty cool all by itself.

Mas já é bem fixe só por si.

In fact, this OWIC has a number of parts.

Na verdade, este COISF tem uma série de partes.

So up near the top,

Perto do topo,

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

há estas células solares legais que iluminam o aparelho

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

e que acionam um circuito que existe no meio.

And that circuit can drive a little tiny LED

Esse circuito leva um LED minúsculo

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

que pisca e permite que o COISF comunique convosco.

Ao contrário do telemóvel,

So unlike your cell phone,

the OWIC communicates with light,

o COISF comunica com luz,

sort of like a tiny firefly.

como um pirilampo pequenino.

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

Agora, uma coisa que é fixe nestes COISF

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

é que não fazemos um de cada vez

soldering all the pieces together.

soldando todas as peças.

We make them in massive parallel.

Fazemo-los em série, em paralelo.

For example, about a million of these OWICs

Por exemplo, quase um milhão desses COISF

can fit on a single four-inch wafer.

cabem numa bolacha de 10 cm.

And just like your phone has different apps,

Tal como um telemóvel tem várias aplicações,

you can have different kinds of OWICs.

há diferentes tipos de COISF.

There can be ones that, say, measure voltage,

Uns podem medir a voltagem,

some that measure temperature,

outros medem a temperatura,

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

ou só têm uma luz que pisca para nos dizer que estão ali.

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

Isso é bem fixe, esses dispositivos minúsculos.

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

Eu queria falar deles com mais detalhe.

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

Mas primeiro, preciso de contar-vos outra coisa.

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

Vou falar-vos de coisas sobre moedas de um cêntimo

que talvez vocês não saibam.

So this one is a little bit older penny.

Essa aqui é uma moeda antiga de um cêntimo.

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

No verso, tem a imagem do Memorial de Lincoln.

But the first thing you might not know,

Mas o que vocês talvez não saibam,

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

é que, se ampliarem, no centro dela

you can actually see Abraham Lincoln,

podemos ver Abraham Lincoln,

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

tal como no verdadeiro Memorial Lincoln, não muito longe daqui.

What I'm sure you don't know,

Tenho a certeza que vocês não sabem,

that if you zoom in even further --

que, se ampliarem ainda mais

(Laughter)

(Risos)

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

vão ver que há um COISF no peito dele.

(Laughter)

(Risos)

But the cool thing is,

E o que é giro é que

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

vocês podiam estar a olhar para ele o dia inteiro e nunca veriam isso.

It's invisible to the naked eye.

É invisível a olho nu.

These OWICs are so small,

Estes COISF são tão pequenos

and we make them in such parallel fashion,

e fazemo-los de forma tão paralela

that each OWIC costs actually less than a penny.

que cada COISF custa menos que um cêntimo.

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

Na verdade, a coisa mais cara neste exemplo é o autocolante

that says "OWIC."

que diz "COISF"

(Laughter)

(Risos)

That cost about eight cents.

e que custa uns oito cêntimos.

(Laughter)

(Risos)

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

Nós estamos animados com isto por várias razões.

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

Por exemplo, podemos usá-los como pequenas etiquetas de segurança

more identifying than a fingerprint.

que identificam melhor do que uma impressão digital.

We're actually putting them inside of other medical instruments

Estamos a colocá-los dentro de outros instrumentos médicos

to give other information,

para dar outras informações,

and even starting to think about putting them in the brain

e até estamos a pensar colocá-los no cérebro

to listen to neurons one at a time.

para escutar os neurónios um de cada vez.

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

De facto, só há uma coisa errada com este COISF:

it's not a robot.

não é um robô, é só uma cabeça.

It's just a head.

(Laughter)

(Risos)

And I think we'll all agree

E acho que todos concordamos

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

que meio robô realmente não é um robô.

Without the legs, we've got basically nothing.

Sem as pernas praticamente não temos nada.

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

PM: OK, então também precisamos das pernas,

se queremos construir um robô.

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

Acontece que aqui não podemos roubar

some preexisting technology.

qualquer tecnologia preexistente.

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

Se queremos pernas para o pequeno robô,

precisamos de atuadores, peças que se movam.

They have to satisfy a lot of different requirements.

Elas têm de satisfazer muitos requisitos diferentes.

They need to be low voltage.

Precisam de ser de baixa voltagem.

They need to be low power, too.

Precisam de gastar pouca energia.

But most importantly, they have to be small.

Mais importante, têm de ser pequenas.

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

Se querem um robô do tamanho de uma célula,

precisam de pernas do tamanho de células.

Now, nobody knows how to build that.

Ninguém sabe construir isso.

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

Não havia tecnologia pré-existente que satisfizesse essas exigências.

To make our legs for our tiny robots,

Para fazer pernas para robôs minúsculos,

we had to make something new.

tivemos de fazer algo novo.

So here's what we built.

Então isto é o que construímos.

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

Este é um dos nossos atuadores, e estou a aplicar-lhe uma voltagem.

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

Quando o faço, como podem ver, o atuador reage, enrolando-se.

Now, this might not look like much,

Isto pode não parecer muito

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

mas, se colocássemos um glóbulo vermelho no ecrã, ele seria deste tamanho.

so these are unbelievably tiny curls.

Assim, estes são muito pequenos,

They're unbelievably small,

são extremamente minúsculos,

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

e contudo, este aparelho pode enrolar-se e desenrolar-se, sem se quebrar.

So how do we do it?

Então, como é que fazemos isto?

Well, the actuator is made from a layer of platinum

O atuador é feito de uma camada de platina

just a dozen atoms or so thick.

com a espessura de uma dúzia de átomos.

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

Se agarrarmos em platina e a colocarmos em água

and apply a voltage to it,

e aplicarmos uma voltagem,

atoms from the water will attach or remove themselves

os átomos da água vão ligar-se ou soltar

from the surface of the platinum,

na superfície da platina,

depending on how much voltage you use.

consoante a voltagem que for usada.

This creates a force,

Isto cria uma força,

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

e podemos usar essa força para uma ação controlada pela voltagem.

The key here was to make everything ultrathin.

O segredo aqui era fazer tudo ultrafino.

Then your actuator is flexible enough

E o atuador suficientemente flexível

to bend to these small sizes without breaking,

para dobrar as pequenas peças sem se quebrar,

and it can use the forces that come about

e pode usar as forças que surgem

from just attaching or removing a single layer of atoms.

ao anexar ou remover uma única camada de átomos.

E também não precisamos de construir um de cada vez.

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

In fact, just like the OWICs,

De facto, assim como os COISF,

we can build them massively in parallel as well.

podemos construí-los em série e em paralelo.

So here's a couple thousand or so actuators,

Então aqui estão alguns milhares de atuadores,

and all I'm doing is applying a voltage,

e a única coisa que faço é aplicar voltagem,

and they all wave,

e todos acenam,

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

parecendo nada mais do que as pernas de um futuro exército de robôs.

(Laughter)

(Risos)

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

Então agora temos o cérebro e temos os músculos.

We've got the smarts and the actuators.

Temos a inteligência e os atuadores.

The OWICs are the brains.

Os COISF são os cérebros.

They give us sensors, they give us power supplies,

Dão-nos sensores, e fornecem fontes de alimentação,

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

e dão-nos comunicação bidirecional via luz.

The platinum layers are the muscle.

As camadas de platina são os músculos.

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

São elas que fazem o robô mover-se.

Now we can take those two pieces, put them together

Agora podemos pegar nos dois pedaços,

and start to build our tiny, tiny robots.

e juntá-los e começar a construir minúsculos robôs.

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

A primeira coisa que queríamos construir era simples.

This robot walks around under user control.

Este robô anda sob o controlo do utilizador.

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

No meio tem células solares e uns fios ligados a elas.

That's the OWIC.

Este é o COISF.

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

Está ligado a umas pernas que têm uma camada de platina

and these rigid panels that we put on top

e estes painéis rígidos que colocámos em cima

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

e que dizem às pernas como dobrar, que forma devem tomar.

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

A ideia é que, disparando um laser em diferentes células solares,

podemos escolher que perna mover

you can choose which leg you want to move

e fazer o robô andar por aí.

and make the robot walk around.

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

Agora, é claro, também não os construímos um de cada vez.

We build them massively in parallel as well.

Também os construímos em série.

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

Podemos construir um milhão de robôs numa bolacha de 10 cm.

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

Por exemplo, esta imagem à esquerda, é um "chip"

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

e esse "chip" contém algo uns 10 000 robôs.

Now, in our world, the macro world,

No nosso mundo, o macro mundo,

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

esta coisa poderia ser um novo microprocessador ou algo assim.

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

Mas se pegarmos neste "chip" e o colocarmos no microscópio,

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

o que vemos são milhares e milhares de minúsculos robôs.

Now, these robots are still stuck down.

Mas os robôs ainda estão presos.

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

Estão ligados à superfície em que os construímos.

Para eles andarem por aí temos de libertá-los.

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,

Queríamos mostrar como fazer isso ao vivo, como libertar o exército de robôs,

but the process involves highly dangerous chemicals,

mas o processo envolve produtos químicos altamente perigosos,

like, really nasty stuff,

coisas realmente desagradáveis,

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

e nós estamos a uma milha da Casa Branca, não é?

Yeah. They wouldn't let us do it.

Pois. Eles não nos deixariam fazer isso.

So --

(Risos)

(Laughter)

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

Então, ao invés disso vamos mostrar um filme.

(Risos)

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

O que estão a ver aqui são os estágios da implantação do robô.

We're using chemicals

Estamos a usar produtos químicos

to etch the substrate out from underneath the robots.

para desgastar o substrato por baixo dos robôs.

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

Quando ele se dissolver,

os robôs ficam livres para se dobrarem na sua forma final.

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

Vemos aqui que o rendimento é perto de 90%.

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

Assim, quase todos os 10 000 robôs que construímos,

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

são robôs que podemos implantar e controlar mais tarde.

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

E podemos pegar nesses robôs e colocá-los em locais.

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

O filme à esquerda, mostra alguns robôs na água.

I'm going to come along with a pipette,

Eu vou agarrar numa pipeta,

e posso aspirá-los a todos.

and I can vacuum them all up.

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

Quando injetamos os robôs a partir dessa pipeta,

eles estão ótimos.

they're just fine.

In fact, these robots are so small,

Na verdade, estes robôs são pequenos,

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

tão pequenos que passam através da agulha hipodérmica mais fina

you can buy.

que podemos comprar.

Yeah, so if you wanted to,

Sim, se quisermos.

you could inject yourself full of robots.

podemos injetar-nos com estes robôs todos.

(Laughter)

(Risos)

I think they're into it.

Eu acho que eles gostarão.

(Laughter)

(Risos)

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

À direita está um robô que colocámos na água da lagoa.

I want you to wait for just one second.

Esperem um segundo...

Ooop!

Ooops!

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

Viram aquilo? Não era um tubarão. Era um paramécio.

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

Então, esse é o mundo em que estas coisas vivem.

OK, so this is all well and good,

OK, então está tudo muito bem,

but you might be wondering at this point,

mas podem perguntar-se nesta altura:

"Well, do they walk?"

"Bem, eles andam?"

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

Certo? É o que eles devem fazer. Eles têm de... Vamos lá descobrir.

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

Então, o robô está aqui e aqui estão as células solares no meio.

Those are those little rectangles.

São estes pequenos retângulos.

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

Reparem na célula solar junto à parte superior.

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

Veem aquele pontinho branco? É um ponto de laser.

Now watch what happens when we start switching that laser

Agora vejam o que acontece quando alternamos o laser

between different solar cells on the robot.

entre diferentes células solares no robô.

Off it goes!

Lá vai ele!

(Applause)

(Aplausos)

Yeah!

Sim!

(Applause)

(Aplausos)

Off goes the robot marching around the microworld.

Lá vai o robô marchando pelo micromundo.

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

Uma das coisas boas neste filme

I'm actually piloting the robot in this movie.

é que sou eu que estou a pilotar o robô.

In fact, for six months, my job was to shoot lasers at tiny cell-sized robots

Durante seis meses,

o meu trabalho foi disparar lasers em robôs do tamanho de células

to pilot them around the microworld.

para pilotá-los no micromundo.

This was actually my job.

Era este o meu trabalho.

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

Na minha opinião, é o trabalho mais fixe do mundo.

(Laughter)

(Risos)

It was just the feeling of total excitement,

Era um sentimento de emoção total,

like you're doing the impossible.

como se estivesse a fazer o impossível.

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

É um fascínio similar à primeira vez que olhei através de um microscópio,

as a kid staring at that rotifer.

quando criança, a olhar para aquele rotífero.

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

Eu sou pai, tenho um filho, e ele tem quase três anos.

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

Mas um dia ele vai olhar por um microscópio como esse.

And I often wonder:

E eu sempre me pergunto:

What is he going to see?

O que é que ele vai ver?

Instead of just watching the microworld,

Em vez de observarmos apenas o micromundo,

we as humans can now build technology to shape it,

nós, como humanos, podemos desenvolver tecnologia para modelá-lo,

to interact with it, to engineer it.

interagir com ele, construí-lo.

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

Daqui a 30 anos, quando o meu filho tiver a minha idade.

o que faremos com esta capacidade?

Will microrobots live in our bloodstream,

Será que os microrrobôs viverão na nossa corrente sanguínea,

as common as bacteria?

tão comuns quanto as bactérias?

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

Irão viver nas searas e livrá-las das pragas?

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

Irão dizer-nos quando temos infeções,

ou combaterão o cancro célula a célula?

PM: And one cool part is,

PM: E uma parte fixe

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

é que podemos participar nesta revolução.

Ten years or so from now,

Daqui a dez anos,

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

quando comprarmos um novo iPhone 15x Moto,

ou como quer que se chame

(Laughter)

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

(Risos)

ele pode vir com um pequeno jarro com milhares de minúsculos robôs

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

que poderemos controlar por uma aplicação no telemóvel.

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

Então, se quiserem andar num paramécio, força.

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

Se vocês quiserem ser — sei lá —

DJ na mais pequena festa de robôs do mundo,

make it happen.

façam-no acontecer.

(Laughter)

(Risos)

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

E eu, por exemplo, estou muito animado quanto à chegada desse dia.

MM: Thank you.

MM: Obrigado

(Applause)

(Aplausos)