Tiny robots with giant potential | Paul McEuen and Marc Miskin

Translator: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Переводчик: Joseph Geni Редактор: Alena Chernykh

Марк Мискин: Это коловратка.

Микроорганизм размером с волос.

Они живут повсюду на земле – в солёной воде, пресной воде, везде –

Mark Miskin: This is a rotifer.

а этот находится в поисках еды.

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

Помню, когда я впервые увидел эту штуку,

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

мне было около восьми, она сразила меня на повал.

Это невероятное маленькое существо,

and this one is out looking for food.

оно охотится, плавает,

I remember the first time I saw this thing,

живёт своей жизнью,

но вся его вселенная помещается в капле воды из пруда.

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

I mean, here is this incredible little creature,

Пол Макьюэн: эта маленькая коловратка показывает что-то воистину удивительное.

it's hunting, swimming,

going about its life,

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

Говорит о том, что можно построить машину,

функциональную, сложную, умную,

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

и всё в крошечной маленькой упаковке,

It says that you can build a machine

такой маленькой, что её будет невозможно увидеть.

that is functional, complex, smart,

Инженер во мне просто потрясён этой штукой,

but all in a tiny little package,

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

что кто угодно может создать такое существо.

Но сразу за этим изумлением, должен признать, стоит немного зависти.

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

Я имею в виду, природа может это сделать. Почему мы не можем?

that anyone could make such a creature.

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

Почему мы не можем построить крошечных роботов?

Не только у меня есть такая идея.

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

На самом деле, за последние несколько лет,

Why can't we build tiny robots?

исследователи по всему миру приступили к попыткам создать роботов

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

которые настолько малы, что их невозможно увидеть.

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

researchers around the world have taken up the task

И мы собираемся рассказать вам сегодня

об усилиях Корнелльского университета

of trying to build robots

а теперь и университета Пенсильвании

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

в попытке построить крошечных роботов.

And what we're going to tell you about today

is an effort at Cornell University

Хорошо, значит, это цель.

and now at the University of Pennsylvania

Но как мы это сделаем?

Как нам построить крошечных роботов?

to try to build tiny robots.

Пабло Пикассо, кто бы мог подумать, даёт нам первую подсказку.

OK, so that's the goal.

But how do we do it?

Пикассо сказал:

How do we go about building tiny robots?

«Хорошие художники копируют, великие художники воруют».

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

(Смех)

Picasso said --

Хорошо. Но воровать откуда?

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

Верите или нет,

(Laughter)

"Good artists copy. Great artists steal."

но большинство технологий для создания крошечного робота уже существует.

(Laughter)

OK. But steal from what?

Полупроводниковая промышленность становится всё лучше и лучше

Well, believe it or not,

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

в производстве более мелких устройств.

Уже сегодня можно уместить около миллиона транзисторов

The semiconductor industry has been getting better and better

на поверхности, размером, скажем,

at making tinier and tinier devices,

с инфузорию-туфельку.

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

И это не только электроника.

Также возможно создать маленькие датчики,

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

светодиоды,

a single-celled paramecium.

целые коммуникационные блоки, которые невозможно разглядеть.

And it's not just electronics.

Вот, значит, как мы сделаем.

They can also build little sensors,

Мы украдём эту технологию.

LEDs,

whole communication packages that are too small to be seen.

Вот робот.

(Смех)

Робот состоит из двух частей, отлично!

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

We're going to steal that technology.

У него есть голова и есть ноги.

[Украдём это: мозг]

Here's a robot.

(Laughter)

(Смех)

И назовём мы этого робота — «безногий робот».

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

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

Возможно, звучит странно,

[Steal these: Brains]

но роботы сами по себе круты, как правило.

(Laughter)

На самом деле, у многих из вас прямо сейчас есть с собой безногие роботы.

We're going to call this a legless robot,

which may sound exotic,

Ваш смартфон является самым успешным во всём мире безногим роботом.

but they're pretty cool all by themselves.

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

Всего за 15 лет они захватили всю планету.

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

А почему бы и нет?

Эта такая элегантная машинка.

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

Она очень умна,

у нее отличные коммуникативные навыки,

и всё это помещается в кармане.

And why not?

It's such a beautiful little machine.

И мы хотели бы иметь возможность создать нечто подобное,

It's incredibly intelligent,

it's got great communication skills,

только на клеточном уровне,

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

размером с парамецию.

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

Это наш смартфон размером с клетку.

Он даже похож на смартфон,

only down at the cellular scale,

the size of a paramecium.

но примерно в десять тысяч раз меньше.

And here it is.

This is our cell-sized smartphone.

Он называется «ОWIC».

Оптические беспроводные интегрированные схемы.

It even kind of looks like a smartphone,

only it's about 10,000 times smaller.

Ладно, мы же не рекламодатели?

(Смех)

We call it an OWIC.

Но на самом деле, он сам очень крут.

[Optical Wireless Integrated Circuits]

OWIC состоит из множества элементов.

OK, we're not advertisers, all right?

Вверху есть классные маленькие

(Laughter)

солнечные элементы, с помощью которых устройство освещается,

But it's pretty cool all by itself.

это приводит в действие схемку посередине.

In fact, this OWIC has a number of parts.

Эта схема управляет крошечным светодиодом,

So up near the top,

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

который мигает вам и позволяет OWIC общаться с вами.

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

В отличие от сотового телефона,

And that circuit can drive a little tiny LED

это что-то вроде крошечного светлячка.

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

Одна из крутых особенностей OWIC в том,

мы не делаем по одному за раз, не паяем по отдельности.

So unlike your cell phone,

the OWIC communicates with light,

sort of like a tiny firefly.

Мы делаем их массово, параллельно.

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

Например, примерно миллион этих OWIC

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

может поместиться на одной четырёхдюймовой пластине.

soldering all the pieces together.

We make them in massive parallel.

Точно так же, как на вашем телефоне есть разные приложения,

For example, about a million of these OWICs

в нём можно разместить разные виды OWIC.

can fit on a single four-inch wafer.

Один измеряет напряжение, другой — температуру,

And just like your phone has different apps,

или этот диод просто мигает, сообщая о своём присутствии.

you can have different kinds of OWICs.

Это довольно крутые, крошечные устройства.

There can be ones that, say, measure voltage,

some that measure temperature,

Расскажу о них подробнее.

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

Прежде всего, хочу объяснить вот что.

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

Я расскажу кое-что о монетах, о чём, возможно, вы не знаете.

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

Вот эта монета немного постарше.

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

На её обороте изображён мемориал Линкольна.

Первый факт вы можете не знать.

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

Если увеличить масштаб, вы увидите в центре этой штуки

So this one is a little bit older penny.

реально увидите Авраама Линкольна,

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

совсем как на настоящем мемориале Линкольна неподалеку отсюда.

But the first thing you might not know,

Однако, я уверен, вы не знаете,

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

если увеличить ещё больше...

you can actually see Abraham Lincoln,

(Смех)

вы увидите, что на груди Эйба Линкольна действительно есть OWIC.

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

What I'm sure you don't know,

(Смех)

that if you zoom in even further --

Но самое крутое

(Laughter)

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

вы могли бы смотреть на него весь день, но так бы никогда его не увидели.

(Laughter)

Он невидим невооружённым глазом.

But the cool thing is,

Эти OWIC совсем крошечные,

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

и мы производим их в таких маштабах,

что каждый OWIC стоит меньше цента.

It's invisible to the naked eye.

These OWICs are so small,

На самом деле, самая дорогая часть устройства —

and we make them in such parallel fashion,

наклейка с надписью «OWIC».

that each OWIC costs actually less than a penny.

(Смех)

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

Она стоит восемь центов.

that says "OWIC."

(Смех)

(Laughter)

Мы в восторге от всех этих штук по разным причинам.

That cost about eight cents.

Например, мы можем использовать их в качестве защищённых смарт-тегов

(Laughter)

для идентификации, что намного лучше отпечатков пальцев.

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

Мы уже помещаем их внутрь других медицинских инструментов,

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

чтобы получать другую информацию,

more identifying than a fingerprint.

Мы думаем разместить их в мозге, чтобы наблюдать за нейронами.

We're actually putting them inside of other medical instruments

По сути, с этими OWIC есть только одна проблема:

to give other information,

and even starting to think about putting them in the brain

это не робот,

это только его голова.

to listen to neurons one at a time.

(Смех)

Я думаю, все мы согласимся,

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

что половина робота — это вообще не робот.

it's not a robot.

It's just a head.

Без ног, у нас по сути нет ничего.

(Laughter)

And I think we'll all agree

ММ: Если мы хотим создать робота, у него должны быть ноги.

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

А теперь выясняется, что нельзя просто украсть

Without the legs, we've got basically nothing.

какую-нибудь технологию, которая уже существует.

Если для крошечного робота нужны ноги, то нужны приводы, двигающиеся детали.

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

Они должны соответствовать различным требованиям.

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

Они должны быть с низким напряжением.

some preexisting technology.

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

Они также должны быть маломощными.

Самое важное, они должны быть маленькими.

They have to satisfy a lot of different requirements.

Если хотите создать робота размером с клетку,

то понадобятся ноги размером с клетку.

They need to be low voltage.

Сейчас, никто не знает, как такое создать.

They need to be low power, too.

But most importantly, they have to be small.

Ранее не было технологии, отвечающей всем этим требованиям.

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

Чтобы сделать ножки для наших крошечных роботов,

мы должны придумать что-то новое.

Now, nobody knows how to build that.

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

И вот что мы сделали.

Это один из наших приводов, и я подаю на него напряжение.

To make our legs for our tiny robots,

Когда я это делаю, вы видите, что привод заворачивается.

we had to make something new.

So here's what we built.

Он может показаться не таким уж большим,

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

вот эритроцит, он почти такого размера,

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

Завитушки невероятно крошечные.

Невероятно маленькие.

Now, this might not look like much,

А ещё это устройство может сгибаться и разгибаться, ничего не ломается.

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

Как это возможно?

so these are unbelievably tiny curls.

Привод изготовлен из слоя платины

They're unbelievably small,

толщиной не больше десяти атомов.

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

Получается, что когда мы положим платину в воду,

So how do we do it?

и подадим напряжение на неё,

Well, the actuator is made from a layer of platinum

атомы прикрепляются или удаляются сами от поверхности платины,

just a dozen atoms or so thick.

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

в зависимости от используемого напряжения.

Этим усилием можно привести в действие устройство под напряжением.

and apply a voltage to it,

atoms from the water will attach or remove themselves

Ключевым моментом здесь было сделать всё сверхтонким.

from the surface of the platinum,

depending on how much voltage you use.

В результате привод достаточно гибок,

This creates a force,

чтобы согнуться до небольших размеров, не ломаясь.

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

И он может использовать силы, возникающие при простом

The key here was to make everything ultrathin.

присоединении или удалении одного слоя атомов.

Then your actuator is flexible enough

И нам также не нужно создавать их по одному за раз.

to bend to these small sizes without breaking,

and it can use the forces that come about

Здесь пара тысяч или около того приводов,

from just attaching or removing a single layer of atoms.

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

и всё, что я делаю, — это подаю напряжение,

In fact, just like the OWICs,

и все они раскачиваются,

we can build them massively in parallel as well.

похожие на ноги будущей армии роботов.

So here's a couple thousand or so actuators,

(Смех)

and all I'm doing is applying a voltage,

Теперь у нас есть мозг и мускулы.

and they all wave,

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

У нас есть интеллект и приводы.

OWIC — это мозг.

(Laughter)

Они дают нам датчики и источники питания,

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

а с помощью света — двустороннюю систему связи.

We've got the smarts and the actuators.

Слои платины — это мускулы.

The OWICs are the brains.

Именно они перемещают робот по кругу.

They give us sensors, they give us power supplies,

Мы можем взять эти две части, сложить их вместе,

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

и начать строить наших крошечных роботов.

The platinum layers are the muscle.

Сначала мы хотели создать что-то очень простое.

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

Now we can take those two pieces, put them together

Робот ходит по кругу под контролем пользователя.

Посередине несколько солнечных батарей и подсоединённые к ним провода.

and start to build our tiny, tiny robots.

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

Это OWIC.

Они соединены с набором ножек, покрытых платиновым слоем,

This robot walks around under user control.

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

и жёсткими панелями, надеваемыми сверху.

Они сообщают ногам, какую форму принять.

That's the OWIC.

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

Идея в том, чтобы стрелять лазером по разным солнечным панелям,

and these rigid panels that we put on top

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

вы можете выбрать по какой ноге стрелять,

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

чтобы заставить робота ходить по кругу.

Конечно, мы не хотим делать их поштучно,

you can choose which leg you want to move

and make the robot walk around.

поэтому производим их массово.

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

Мы можем поместить около миллиона роботов на четырёхдюймовую пластину.

We build them massively in parallel as well.

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

Вот изображение слева, это чип.

На нём около десяти тысяч роботов.

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

Сейчас в нашем мире, то есть макромире,

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

эта штука выглядит, как новый микропроцессор или что-то в этом роде.

Now, in our world, the macro world,

Но если посмотреть на чип через микроскоп,

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

можно увидеть тысячи крошечных роботов.

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

Они ещё прикреплены к поверхности, на которой мы их создавали.

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

Для того чтобы они могли ходить, мы должны их освободить.

Now, these robots are still stuck down.

Мы хотели показать вам, как мы делаем это вживую,

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

как мы выпускаем армию роботов,

In order for them to walk around, we have to release them.

но в этом процессе используются очень опасные химические вещества,

We wanted to show you how we do that live, how we release the robot army,

а мы сейчас примерно в миле от Белого дома?

but the process involves highly dangerous chemicals,

Да. Они не позволили бы нам этого сделать.

like, really nasty stuff,

Итак...

(Смех)

вместо этого мы покажем вам фильм. (Смеётся)

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

Yeah. They wouldn't let us do it.

Сейчас вы видите последние этапы запуска робота.

So --

(Laughter)

Мы используем химикаты,

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

чтобы удалить подложку из-под роботов.

Когда она растворится, роботы смогут принять окончательную форму.

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

Здесь видно, что производительность достигла 90 процентов,

We're using chemicals

to etch the substrate out from underneath the robots.

почти каждого из 10 тысяч создаваемых нами роботов

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

мы можем развернуть и контролировать позже.

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

Мы можем взять роботов и расставить их по местам.

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

На ролике слева вы видите несколько роботов в воде.

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

Я с помощью пипетки

могу их всех вытащить.

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

А теперь выпустим их обратно:

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

с ними всё в порядке.

I'm going to come along with a pipette,

На самом деле эти роботы такие маленькие,

and I can vacuum them all up.

что могут пройти через тончайшую иглу для подкожных инъекций,

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

которые можно купить.

they're just fine.

Если вы решитесь вколоть себе робота.

In fact, these robots are so small,

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

(Смех)

Думаю, им понравится.

you can buy.

(Смех)

Yeah, so if you wanted to,

Справа робот, которого мы поместили в воду из пруда.

you could inject yourself full of robots.

(Laughter)

Одну секунду, пожалуйста.

I think they're into it.

Ой!

(Laughter)

Вы видели? Это не акула, это парамеция.

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

Мир, в котором живут эти роботы.

I want you to wait for just one second.

Ooop!

Всё это хорошо и замечательно,

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

но возможно, вы спросите:

«А они могут ходить?»

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

Это то, что у них получается лучше всего. Давайте посмотрим!

OK, so this is all well and good,

but you might be wondering at this point,

Вот робот, а вот его солнечные батареи посередине.

"Well, do they walk?"

Это такие маленькие прямоугольнички.

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

Взгляните на солнечную батарею ближе всего к верхней части слайда.

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

Видите эту маленькую белую точку? Это лазерное пятно.

Those are those little rectangles.

Теперь смотрите, что произойдёт, когда мы начнём переключать

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

лазер между различными солнечными батареями робота.

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

Now watch what happens when we start switching that laser

Поехали!

(Аплодисменты)

between different solar cells on the robot.

Ура!

(Аплодисменты)

Off it goes!

(Applause)

Робот отправляется в путь по микромиру.

Yeah!

(Applause)

Самое интересное здесь в том,

что фактически в фильме я контролировал робота.

Off goes the robot marching around the microworld.

В течение шести месяцев моя работа заключалась в том,

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

чтобы стрелять лазерами по крошечным роботам размером с клетку.

I'm actually piloting the robot in this movie.

На самом деле это и есть моя работа.

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

Насколько я могу судить, это самая крутая работа в мире.

(Смех)

to pilot them around the microworld.

Это было чувство полного восторга,

This was actually my job.

как будто я делаю невозможные вещи.

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

Это чувство удивления, как в тот раз, когда будучи ребёнком,

(Laughter)

It was just the feeling of total excitement,

я впервые посмотрел в микроскоп на коловратку.

like you're doing the impossible.

Сейчас, я сам папа. У меня есть сын, и ему три года.

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

Однажды он посмотрит в такой же микроскоп, как этот.

as a kid staring at that rotifer.

Часто я спрашиваю себя:

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

«Что он там увидит?»

Вместо того, чтобы просто наблюдать за микромиром,

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

мы, люди, теперь можем создавать технологии, которые будут формировать,

And I often wonder:

What is he going to see?

взаимодействовать и проектировать его.

Instead of just watching the microworld,

Через 30 лет мой сын будет моего возраста, что мы будем делать с этой способностью?

we as humans can now build technology to shape it,

to interact with it, to engineer it.

Будут ли микророботы жить в нашей крови,

так же, как и бактерии?

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

Будут ли они жить в наших посевах и избавлять их от вредителей?

Will microrobots live in our bloodstream,

Будут ли они сообщать нам об инфекции или будут бороться с каждой раковой клеткой?

as common as bacteria?

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

ПМ: Очень круто,

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

что вы сможете принять участие в революции.

Лет через десять,

когда вы купите новый iPhone 15x Moto или как там он будет называться...

PM: And one cool part is,

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

(Смех)

к нему может прилагаться маленькая баночка с тысячами крошечных роботов внутри,

Ten years or so from now,

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

которыми можно управлять с помощью приложения на смартфоне.

(Laughter)

Если вы хотите ездить верхом на парамеции, вперёд!

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

Если вы хотите... не знаю... быть диджеем на вечернике самых маленьких роботов,

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

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

будьте им!

(Смех)

И я с нетерпением жду, когда такой день настанет.

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

ММ: Спасибо.

(Аплодисменты)

make it happen.

(Laughter)

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

MM: Thank you.

(Applause)