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

Сара Бергбрайтер: Почему я создаю роботов размером с рисовое зёрнышко

Переводчик: Galina Kuznetsova Редактор: Maxim Averin

My students and I work on very tiny robots.

Мои студенты и я работаем над созданием крохотных роботов.

Now, you can think of these as robotic versions

Вы можете представить их как роботизированную версию того,

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

с чем вы очень хорошо знакомы, — муравья.

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

Мы все знаем, что муравьи и другие насекомые такого размера

can do some pretty incredible things.

могут делать что-то совершенно невероятное.

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

Мы все видели группу муравьёв или нечто подобное,

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

уносящую картофельные чипсы на пикнике, например.

But what are the real challenges of engineering these ants?

Но каковы реальные трудности в разработке таких муравьёв?

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

В первую очередь, как у нас появляется возможность создания

in a robot at the same size scale?

роботизированного муравья такого же размера?

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

Для начала нам нужно понять, как заставить их двигаться

when they're so small.

при таких маленьких размерах.

We need mechanisms like legs and efficient motors

Нужны механизмы, такие, как ноги, и достаточно мощные моторы,

in order to support that locomotion,

чтобы поддерживать передвижение.

and we need the sensors, power and control

Нужны датчики, питание и управление,

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

чтобы соединить всё вместе в полуинтеллектуальном роботе-муравье.

And finally, to make these things really functional,

И, наконец, чтобы действительно создать из этого нечто полезное,

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

нам нужно, чтобы много их работало вместе для реализации более важных вещей.

So I'll start with mobility.

Я начну с подвижности.

Insects move around amazingly well.

Насекомые передвигаются удивительно хорошо.

This video is from UC Berkeley.

Это видео из Университета Калифорнии в Беркли

It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain

показывает таракана, передвигающегося по очень неровной поверхности,

without tipping over,

при этом не переворачиваясь.

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

Он способен делать это, потому что его конечности

which is what we traditionally use to make robots,

являются сочетанием жёстких материалов, обычно используемых в создании роботов,

and soft materials.

и мягких материалов.

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

Прыжки — это ещё один интересный способ передвижения маленьких насекомых.

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

Эти насекомые хранят энергию в пружинных механизмах и быстро высвобождают её,

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

чтобы получить высокую мощность для совершения прыжка из воды, например.

So one of the big contributions from my lab

Одним из крупных вкладов моей лаборатории

has been to combine rigid and soft materials

было объединение жёстких и мягких материалов

in very, very small mechanisms.

в очень, очень маленьких механизмах.

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

Размер этого прыгающего механизма примерно 4 миллиметра —

so really tiny.

действительно крошечный.

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

Твёрдый материал здесь кремний, а мягкий — силиконовый каучук.

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

Основной идеей является то, чтобы сжать его,

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

сохранить энергию в пружинах, а затем высвободить для прыжка.

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

Таким образом, там пока нет моторов, нет питания.

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

Всё приводится в действие методом, который мы в лаборатории называем

"graduate student with tweezers." (Laughter)

«аспирант с пинцетом». (Смех)

So what you'll see in the next video

В следующем видео вы увидите,

is this guy doing amazingly well for its jumps.

как этот малыш преуспевает в прыжках.

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

Это Ааарон, аспирант, о котором идёт речь, с пинцетом.

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

Вы видите, как этот четырёхмиллиметровый механизм

jumping almost 40 centimeters high.

прыгает почти на 40 см в высоту.

That's almost 100 times its own length.

Это почти в 100 раз превышает его длину.

And it survives, bounces on the table,

И он не ломается, он отскакивает от стола.

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

Он невероятно крепок и достаточно надёжно работает до тех пор,

because it's very tiny.

пока мы его не потеряем, потому что он очень маленький.

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

В перспективе всё равно мы хотим добавить к нему мотор,

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

и у нас есть студенты в лаборатории, работающие с миллиметровыми моторами,

to eventually integrate onto small, autonomous robots.

чтобы в итоге интегрировать их в маленьких, автономных роботов.

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

Но, чтобы увидеть подвижность и перемещение в таком масштабе,

we're cheating and using magnets.

мы прибегаем к хитрости и используем магниты.

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

Здесь показано, что в итоге станет частью конечности микроробота:

and you can see the silicone rubber joints

можно увидеть суставы из силиконового каучука,

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

внутри которых встроен магнит, перемещающийся под воздействием

by an external magnetic field.

внешнего магнитного поля.

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

Вот так получается робот, которого я показала вам ранее.

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

Крайне интересно то, что этот робот может помочь нам понять,

is how insects move at this scale.

как насекомые передвигаются в таком масштабе.

We have a really good model for how everything

У нас есть очень хорошая модель того,

from a cockroach up to an elephant moves.

как двигаются все — от таракана до слона.

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

Мы все двигаемся немного подпрыгивая, когда бежим.

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

Но, если я очень маленького размера, то силы между ногами и землёй

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

повлияют на моё передвижение гораздо сильнее, чем моя масса,

which is what causes that bouncy motion.

что и вызывает подпрыгивающее движение.

So this guy doesn't work quite yet,

Вот этот малыш ещё не совсем работает,

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

но у нас есть чуть более крупные экземпляры, которые умеют бегать.

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

Вот этот, размером с кубический сантиметр, совсем маленький,

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

и нам удалось заставить его пробега́ть

so 10 centimeters per second.

почти по 10 см в секунду.

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

Это достаточно быстро для маленького робота

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

и пока ограничивается только нашими тестовыми установками.

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

Это даёт вам представление о том, как сейчас работают такие роботы.

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

Мы также можем создавать 3D-печатные версии роботов, которые могут

a lot like the cockroach that you saw earlier.

преодолевать препятствия почти как тараканы, которых вы видели ранее.

But ultimately we want to add everything onboard the robot.

В конечном итоге мы хотим добавить все функции роботам:

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

чувствительность, мощность, управление, приведение в действие — всё вместе.

and not everything needs to be bio-inspired.

При этом не всё должно быть основано на биологии.

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

Этот робот размером примерно с «Тик-Так».

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

В его случае вместо магнитов или мышц для движения

we use rockets.

мы используем ракеты.

So this is a micro-fabricated energetic material,

Это микроизготовленный энергетический материал.

and we can create tiny pixels of this,

Мы можем создать крошечные элементы этого материала

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

и поместить один из них на брюшко робота.

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

Впоследствии этот робот совершит прыжок, когда почувствует повышение освещённости.

So the next video is one of my favorites.

Следующее видео — одно из моих любимых.

So you have this 300-milligram robot

Вот этот 300-милиграммовый робот

jumping about eight centimeters in the air.

подпрыгивает в воздух на 8 см.

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

Его размер всего 4х4х7 мм.

And you'll see a big flash at the beginning

Вначале вы увидите большую вспышку,

when the energetic is set off,

когда взрывается энергетический материал.

and the robot tumbling through the air.

А затем робот кружится в воздухе.

So there was that big flash,

Вот произошла вспышка,

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

и вы видите, как робот подпрыгивает в воздух.

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

К нему не привязаны тросы, не подсоединены провода.

Everything is onboard, and it jumped in response

Всё встроено, и робот подпрыгнул из-за того,

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

что студент просто зажёг настольную ламу рядом с ним.

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

Я думаю, вы можете представить все невероятные вещи, которые можно делать

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

с роботами, способными ползать, вращаться, бегать, прыгать в масштабе таких размеров.

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

Представьте обломки после стихийного бедствия, такого как землетрясение.

Imagine these small robots running through that rubble

И представьте маленьких роботов, бегающих по этим обломкам

to look for survivors.

в поисках выживших.

Or imagine a lot of small robots running around a bridge

Или представьте кучу маленьких роботов, бегающих вдоль моста,

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

чтобы изучить его и убедиться в его безопасности,

so you don't get collapses like this,

чтобы не происходили такие обрушения,

which happened outside of Minneapolis in 2007.

как это, случившееся за пределами Миннеаполиса в 2007 году.

Or just imagine what you could do

Представьте, что можно было бы сделать,

if you had robots that could swim through your blood.

если бы у нас были роботы, способные передвигаться в кровеносных сосудах.

Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.

Прямо «Фантастическое путешествие» Айзека Азимова.

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

Врачи могли бы оперировать, не делая привычных надрезов.

Or we could radically change the way we build things

Или же мы в корне могли бы изменить подход к строительству,

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

если бы наши крохотные роботы работали так же, как это делают термиты.

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

Они строят эти невероятные восьмиметровые холмы —

effectively well ventilated apartment buildings for other termites

прекрасно вентилируемые многоквартирные дома для других термитов

in Africa and Australia.

в Африке и Австралии.

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

Так что, я думаю, что дала вам примеры того,

of what we can do with these small robots.

что мы можем делать при помощи этих маленьких роботов.

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

Мы уже достигли некоторых успехов, но ещё предстоит пройти долгий путь,

and hopefully some of you can contribute to that destination.

и я надеюсь, что кто-то из вас сможет внести свой вклад в это дело.

Thanks very much.

Спасибо большое.

(Applause)

(Аплодисменты)