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

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Pattapon Kasemtanakul

My students and I work on very tiny robots.

ฉันและนักเรียนของฉัน ทำงานเกี่ยวกับหุ่นยนต์ตัวเล็กๆ

Now, you can think of these as robotic versions

ตอนนี้คุณอาจคิดถึงสิ่งนี้ว่า มันเป็นอะไรบางอย่างที่คุณคุ้นเคย

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

ในรูปแบบของหุ่นยนต์ เช่น มด

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

พวกเราทุกคนรู้ว่ามด และแมลงอื่นๆ ที่มีขนาดใกล้เคียงกัน

can do some pretty incredible things.

สามารถทำสิ่งที่น่าทึ่งได้

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

เราทุกคนได้เห็นกลุ่มมด หรืออะไรพวกนั้น

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

เข็นมันฝรั่งทอดของคุณตอนไปปิ๊กนิ๊ก เป็นต้น

But what are the real challenges of engineering these ants?

แต่อะไรที่เป็นความท้าทายที่แท้จริง ของการวิศวกรรมมดเหล่านี้

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

อย่างแรกเลย เราจะเอาความสามารถของมด

in a robot at the same size scale?

ใส่เข้าไปในหุ่นยนต์ขนาดเท่าๆ กับมันได้อย่างไร

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

เอาล่ะ ก่อนอื่น เราต้องหาทางให้ได้ก่อนว่า จะทำให้พวกมันเคลื่อนที่อย่างไร

when they're so small.

เมื่อพวกมันเล็กขนาดนั้น

We need mechanisms like legs and efficient motors

เราต้องการกลไกลเช่นขา และการเคลื่อนไหวที่มีประสิทธิภาพ

in order to support that locomotion,

เพื่อที่จะสนับสนุนการขับเคลื่อน

and we need the sensors, power and control

และเราต้องการตัวรับ (เซนเซอร์) พลังงาน และการควบคุม

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

เพื่อที่จะให้มันทำงานด้วยกัน ในหุ่นมดกึ่งอัจฉริยะนี้

And finally, to make these things really functional,

และสุดท้าย เพื่อสร้างสิ่งเหล่านี้ ให้ทำงานได้จริงๆ

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

เราต้องการให้พวกมันทำงานด้วยกัน เพื่อที่จะทำงานที่ใหญ่กว่า

So I'll start with mobility.

ดังนั้น เราเริ่มจากการเคลื่อนไหว

Insects move around amazingly well.

แมลงเคลื่อนไปรอบๆ ได้ค่อนข้างดี

This video is from UC Berkeley.

วีดีโอนี้ จากมหาวิทยาลัยเบิร์กลีย์ (UC Berkeley)

It shows a cockroach moving over incredibly rough terrain

แสดงการเคลื่อนไหวของแมลงสาป บนพื้นที่ตะปุ่มตะปั่ม

without tipping over,

โดยไม่ล้มได้อย่างน่าทึ่ง

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

และมันสามารถทำสิ่งนี้ได้ เพราะขาของมัน เป็นผลรวมจากวัสดุที่แข็งแกร่ง

which is what we traditionally use to make robots,

ซึ่งเป็นสิ่งที่เราใช้ในการสร้างหุ่นยนต์อยู่แล้ว

and soft materials.

และวัสดุอ่อน

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

การกระโดดเป็นอีกอย่างหนึ่งที่น่าสนใจ ในการไปไหนมาไหนเมื่อคุณตัวเล็กมาก

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

ดังนั้น แมลงเหล่านี้เก็บพลังงานในรูปของสปริง และปลดปล่อยออกมาอย่างรวดเร็ว

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

เพื่อที่จะได้มีพลังงานมากๆ ที่จำเป็นต่อการกระโดดขึ้นจากน้ำ เป็นต้น

So one of the big contributions from my lab

ฉะนั้น หนึ่งในสิ่งที่ห้องทดลองของฉัน ได้มีส่วนส่งเสริม

has been to combine rigid and soft materials

ก็คือการรวมวัสดุที่ แข็งแรงและอ่อนนุ่ม

in very, very small mechanisms.

ในหุ่นยนต์ที่เล็กมากๆ

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

ฉะนั้น หุ่นยนต์ที่กระโดดได้นี้ มีขนาดเพียงสี่มิลลิเมตรในด้านหนึ่ง

so really tiny.

ฉะนั้นมันจิ๋วมาก

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

วัสดุแข็งในที่นี้คือ ซิลิคอน และวัสุดอ่อนคือ ยางซิลิโคน

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

และความคิดหลักก็คือ เรากำลังจะอัดสิ่งนี้

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

เก็บพลังงานในสปริง และปล่อยมันให้กระโดด

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

ดังนั้น มันไม่มีการติดตั้งมอเตอร์ตอนนี้ ไม่มีพลังงาน

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

มันขับเคลื่อนด้วยวิธีการ ที่เราเรียกกันในห้องทดลอง

"graduate student with tweezers." (Laughter)

"นักเรียนวิทยาลัยกับแหนบ" (เสียงหัวเราะ)

So what you'll see in the next video

ดังนั้นสิ่งที่คุณจะได้เห็นในวีดีโอ

is this guy doing amazingly well for its jumps.

ก็คือสิ่งนี้ที่กำลังกระโดด ได้อย่างน่าทึ่ง

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

นี่คืออารอน นักเรียนวิทยาลัยต้องสงสัย กับแหนบ

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

และที่คุณได้เห็นคือหุ่นยนต์สี่มิลลิเมตร

jumping almost 40 centimeters high.

กระโดดสูงเกือบ 40 เซนติเมตร

That's almost 100 times its own length.

มันมากกว่า 100 เท่าของความยาวของมัน

And it survives, bounces on the table,

และมันยังคงปลอดภัย กระโดดไปมาอยู่บนโต๊ะ

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

มันแข็งแรงมาก และแน่นอน มันปลอดภัยดี จนกระทั่งเราทำมันหาย

because it's very tiny.

เพราะมันเล็กมากๆ

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

อย่างไรก็ดี ที่สุดแล้ว เราต้องการเพิ่มมอเตอร์เข้าไปด้วย

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

เรามีนักเรียนในห้องทดลอง ทำงานกับหุ่นยนต์ขนาดไม่กี่มิลลิเมตรนี้

to eventually integrate onto small, autonomous robots.

และในที่สุด ก็ได้ประกอบมันเป็น หุ่นยนต์อัตโนมัติขนาดเล็ก

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

แต่เพื่อที่จะพิจารณาในเรื่อง การเคลื่อนที่และเคลื่อนไหวของสิ่งที่มีขนาดเท่านั้น

we're cheating and using magnets.

เราโกง และใช้แม่เหล็ก

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

ดังนั้น สิ่งนี้แสดงว่าอะไรสุดท้ายแล้วเป็นส่วนหนึ่ง ของขาหุ่นยนต์ตัวเล็กจิ๋ว

and you can see the silicone rubber joints

และคุณก็จะเห็นข้อต่อยางซิลิคอน

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

และมันก็มีแม่เหล็กที่ฝังอยู่ ที่ถูกเคลื่อนไปรอบๆ

by an external magnetic field.

โดยสนามแม่เหล็กจากภายนอก

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

ดังนั้น สิ่งนี้นำไปสู่หุ่นยนต์ ที่ฉันแสดงให้ดูก่อนหน้านี้

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

สิ่งที่น่าสนใจจริงๆ ก็คือหุ่นยนต์สามารถช่วยให้เรารู้ว่า

is how insects move at this scale.

แมลงเคลื่อนไหวในขนาดเล็กๆ นั้นได้อย่างไร

We have a really good model for how everything

เรามีตัวอย่างที่ดีว่าทุกๆ อย่าง

from a cockroach up to an elephant moves.

ตั้งแต่แมลงสาบจนถึงช้าง ว่าพวกมันเคลื่อนที่อย่างไร

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

เราทุกคนเคลื่อนไหว ในลักษณะคล้ายๆ กับการกระโดดเวลาเราวิ่ง

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

แต่เมื่อฉันตัวเล็ก แรงระหว่างขากับพื้น

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

จะส่งผลต่อการเคลื่อนไหว มากกว่ามวลของฉัน

which is what causes that bouncy motion.

ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบกระโดด

So this guy doesn't work quite yet,

ดังนั้นสิ่งนี้ยังทำงานได้ไม่ค่อยดีนัก

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

แต่เรามีรุ่นใหญ่กว่าที่สามารถวิ่งไปมาได้

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

สิ่งนี้มันมีขนาดหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรทางด้านข้าง มันเล็กมากๆ เลย

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

และเราให้มันวิ่งเร็วประมาณ 10 เท่าของความยาวตัวมันต่อวินาที

so 10 centimeters per second.

ดังนั้น 10 เซนติเมตรต่อวินาที

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

มันค่อนข้างเร็วสำหรับเจ้าตัวเล็กนี่

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

และมันถูกจำกัดด้วยแบบทดลองของเราด้วย

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

แต่มันบอกแนวให้คุณว่ามันทำงานอย่างไร

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

เราทำรูปแบบที่เป็นแบบพิมพ์สามมิติ ของสิ่งนี้ที่เดินข้ามสิ่งกีดขวางได้

a lot like the cockroach that you saw earlier.

เหมือนกับแมลงสาบที่คุณเห็นก่อนหน้านี้

But ultimately we want to add everything onboard the robot.

แต่ที่สุดแล้ว เราต้องการเติมทุกอย่างในหุ่นยนต์ลงไป

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

เราต้องการการตรวจจับ พลังงาน การควบคุม การกระตุ้น ทั้งหมดด้วยกันนี้

and not everything needs to be bio-inspired.

และไม่ใช่ทุกอย่างที่ต้องเป็น อะไรที่ได้แรงบันดาลใจจากธรรมชาติ

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

ดังนั้น หุ่นยนต์นี้มีขนาดเท่ากับทิก แท๊ก (ลูกอม)

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

และในที่นี้ แทนที่จะเป็นแม่เหล็กหรือกล้ามเนื้อ ที่เคลื่อนไปมา

we use rockets.

เราใช้จรวด

So this is a micro-fabricated energetic material,

ดังนั้นนี่คือวัสดุขนาดเล็ก ที่สอดผสานด้วยกัน

and we can create tiny pixels of this,

และเราสามารถสร้างพิกเซลเล็กๆ

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

และเราสามารถนำมันปะไว้ที่พุงของหุ่นยนต์

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

และหุ่นยนต์นี้ก็จะกระโดด เมื่อมันสัมผัสแสงที่เพิ่มขึ้น

So the next video is one of my favorites.

วีดีโอถัดไปเป็นวีดีโอโปรดของฉัน

So you have this 300-milligram robot

คุณมีหุ่น 300 มิลลิกรัม

jumping about eight centimeters in the air.

กระโดดประมาณแปดเซนติเมตร ขึ้นไปในอากาศ

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

มันมีขนาดเพียงสี่คูณสี่มิลลิเมตร

And you'll see a big flash at the beginning

และคุณจะเห็นแสงกระพริบในตอนต้น

when the energetic is set off,

เมื่อเครื่องยนต์ติดขึ้น

and the robot tumbling through the air.

และหุ่นก็สั่นๆ ผ่านขึ้นไปในอากาศ

So there was that big flash,

มันมีแสงกระพริบ

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

และคุณสามารถเห็นหุ่น โยนตัวขึ้นไปในอากาศ

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

มันไม่มีโซ่ล่าม ไม่มีสายต่อเชื่อม

Everything is onboard, and it jumped in response

ทุกอย่างอยู่บนนั้น และมันเข้าตอบสนอง

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

ต่อนักเรียนที่เปิดโคมไฟข้างๆ มัน

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

ฉันคิดว่าคุณสามารถจินตนาการได้ ถึงสิ่งเจ๋งๆ ที่เราจะทำได้

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

ด้วยหุ่นเล็กๆ ที่สามารถวิ่งและคลาน และกระโดดและหมุน

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

ลองนึกถึงซากปรักหักพัง หลังจากเหตุการณ์อย่างแผ่นดินไหว

Imagine these small robots running through that rubble

ลองนึกถึงหุ่นยนต์เล็กๆ วิ่งผ่านซากเหล่านั้น

to look for survivors.

เพื่อหาผู้รอดชีวิต

Or imagine a lot of small robots running around a bridge

หรือลองนึกถึงหุ่นเล็กๆ มากมาย ที่วิ่งไปรอบๆ สะพาน

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

เพื่อตรวจตราความปลอดภัย

so you don't get collapses like this,

เพื่อจะได้ไม่เกิดเหตุการณ์สะพานพังแบบนี้

which happened outside of Minneapolis in 2007.

ซึ่งมันเกิดขึ้นนอกมินเนียโพลิสในปี ค.ศ. 2007

Or just imagine what you could do

หรือลองคิดว่า คุณจะทำอะไรได้

if you had robots that could swim through your blood.

ถ้าคุณมีหุ่นที่ว่ายเข้าไปในกระแสเลือด

Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.

อย่างในเรื่องท่องทะเลเลือด (Fantastic Voyage) ของไอแซค อาซิมอฟ (Isaac Asimov)

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

หรือพวกมันอาจผ่าตัดคุณ โดยไม่ต้องผ่าเปิดตัวคุณแต่แรก

Or we could radically change the way we build things

หรือพวกเราอาจเปลี่ยนวิธีการสร้างสิ่งต่างๆ

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

ถ้าเรามีหุ่นตัวเล็กๆ ทำงานในแบบที่ปลวกทำ

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

และพวกมันก็สร้างจอมปลวกสูงแปดเมตรอันน่าทึ่ง

effectively well ventilated apartment buildings for other termites

ที่ระบายอากาศได้ดี เป็นที่อยู่ที่ดีสำหรับปลวก

in Africa and Australia.

ในแอฟริกา และออสเตรเรีย

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

ฉันคิดว่าฉันให้ความคิดกับคุณ

of what we can do with these small robots.

ว่าเราน่าจะทำอะไรได้บ้างกับหุ่นเล็กๆ เหล่านี้

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

และเราได้สร้างความก้าวหน้า แต่ก็ยังมีอะไรมากมายที่เราต้องทำ

and hopefully some of you can contribute to that destination.

และหวังว่า คุณบางคน จะสามารถเข้ามาช่วยให้เราไปถึงเป้าหมายนั้น

Thanks very much.

ขอบคุณมากค่ะ

(Applause)

(เสียบปรบมือ)