06:11
TEDYouth 2014

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

サラ・バーグブライター: 米粒のサイズのロボットを作る理由

Filmed:

アリのような昆虫の動きや身体を研究することで、サラ・バーグブライターと彼女の率いるチームは、大変に堅固で、この上なく小さい機械の虫を作り上げ…それにロケットを付けました。マイクロロボティクスにおける驚くべき発展を目にし、このとても小さなお助けロボットが将来利用されるかもしれない3つの方法について、耳を傾けてみましょう。

- Microroboticist
Sarah Bergbreiter packs advanced technologies into tiny robots that can overcome obstacles 80 times their height. Full bio

My students and I
work on very tiny robots.
私は私の学生と一緒に
極小ロボットに取り組んでいます
00:12
Now, you can think of these
as robotic versions
皆さんもよくご存知の生き物の
00:16
of something that you're all
very familiar with: an ant.
ロボット版だと考えて下さい
アリです
00:18
We all know that ants
and other insects at this size scale
アリをはじめ このサイズの昆虫が
00:22
can do some pretty incredible things.
かなりすごい能力を持っているのは
ご承知のとおりです
00:24
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
ピクニックのときに
アリなどの昆虫の群れが
00:27
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
ポテトチップスを引っ張っているのを
見たことがあるでしょう
00:30
But what are the real challenges
of engineering these ants?
このようなアリを作る
真の困難とは何でしょう?
00:34
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
まずはじめに
アリの能力をどうやって
00:38
in a robot at the same size scale?
同じサイズのロボットに
搭載すればいいのでしょう?
00:42
Well, first we need to figure out
how to make them move
これほど小さいものを
どうやって動かすかを
00:44
when they're so small.
まず考えなければなりません
00:46
We need mechanisms like legs
and efficient motors
脚や効率のよいモーターなどで
00:48
in order to support that locomotion,
運動を支える必要がありますし
00:50
and we need the sensors,
power and control
センサーや動力源や制御装置で
00:52
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
半自動制御のアリのロボットを
動くようにしなければなりません
00:54
And finally, to make
these things really functional,
最後に これらを
機能的にするためには
00:58
we want a lot of them working together
in order to do bigger things.
たくさん集まって より大きな作業を
できるようにしなければなりません
01:01
So I'll start with mobility.
可動性から始めましょう
01:05
Insects move around amazingly well.
昆虫は非常にうまく動き回ります
01:07
This video is from UC Berkeley.
このビデオはカリフォルニア大学のものです
01:11
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
ゴキブリが
とても凹凸の多い表面を
01:12
without tipping over,
転ばずに歩いています
01:15
and it's able to do this because its legs
are a combination of rigid materials,
これはゴキブリの脚が
従来ロボットに使われていたような固い物質と
01:17
which is what we traditionally
use to make robots,
やわらかい物質の
01:21
and soft materials.
組み合わせでできているからです
01:23
Jumping is another really interesting way
to get around when you're very small.
ジャンプも小さい生き物の動き方として
面白いものです
01:26
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
ばねに貯めたエネルギーを
素早く解放することで
01:30
to get the high power they need
to jump out of water, for example.
たとえば 水から飛び出るような
大きな力を得ています
01:34
So one of the big
contributions from my lab
私の研究室が成し遂げた
大きな貢献のひとつは
01:38
has been to combine
rigid and soft materials
固い物質とやわらかい物質を
01:41
in very, very small mechanisms.
とても小さいメカニズムに
混在させるということです
01:44
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
ジャンプのメカニズムは
幅4ミリほどで
01:46
so really tiny.
とても小さいです
01:49
The hard material here is silicon,
and the soft material is silicone rubber.
固い物質はシリコンで
やわらかい物質はシリコンラバーです
01:51
And the basic idea is that
we're going to compress this,
基本的な考えとしては
これを収縮させて
01:55
store energy in the springs,
and then release it to jump.
ばねにエネルギーを貯め
解放してジャンプするというものです
01:58
So there's no motors
on board this right now, no power.
ですから モーターも動力源も
搭載されていません
02:00
This is actuated with a method
that we call in my lab
これを動かすのに必要な方法論は
私の研究室で
02:04
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
「大学院生とピンセット」と
呼んでいるものです (笑)
02:07
So what you'll see in the next video
次のビデオでは
02:09
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
これが非常によく
跳躍する様子が見られます
02:11
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
こちらは件のピンセットを持った
大学院生のアーロンですが
02:14
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
ここでは大きさ4mmのメカニズムが
02:18
jumping almost 40 centimeters high.
高さ40cmもジャンプしているのが
わかります
02:20
That's almost 100 times its own length.
これは大きさの100倍にも及ぶ高さです
02:23
And it survives, bounces on the table,
壊れることなく
テーブルにバウンドしています
02:25
it's incredibly robust, and of course
survives quite well until we lose it
これは非常に堅固です
もちろんとても小さいので
02:27
because it's very tiny.
失くさないよう
気を付けなければいけません
02:30
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
ですが最終的にこれにも
モーターを搭載したいので
02:33
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
研究室の学生たちは
小さい自動制御ロボットに搭載する
02:36
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
1mm単位のモーターに取り組んでいます
02:39
But in order to look at mobility and
locomotion at this size scale to start,
しかし可動性を考慮して
このサイズのものを始動させるために
02:42
we're cheating and using magnets.
ちょっとずるいですが
磁石を使っています
02:46
So this shows what would eventually
be part of a micro-robot leg,
これはマイクロロボットの脚になるものです
02:48
and you can see the silicone rubber joints
接続部がシリコンラバーで
02:51
and there's an embedded magnet
that's being moved around
外の磁場によって動かされている
埋め込まれた磁石が
02:53
by an external magnetic field.
見えると思います
02:56
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
これが先ほどお見せした
ロボットにつながります
02:58
The really interesting thing
that this robot can help us figure out
このロボットによって
解明される興味深いことは
03:02
is how insects move at this scale.
この大きさの昆虫の動き方です
03:05
We have a really good model
for how everything
ゴキブリからゾウに至るまで
あらゆるものの動き方の
03:07
from a cockroach up to an elephant moves.
とてもいいモデルになるのです
03:09
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
皆走るときには
少し飛び跳ねるように動きますが
03:11
But when I'm really small,
the forces between my feet and the ground
とても小さい場合は
脚と地面の間に働く力の方が
03:14
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
体の体積よりも運動に影響します
03:18
which is what causes that bouncy motion.
そのために飛び跳ねるように動くのです
03:21
So this guy doesn't work quite yet,
これはまだうまく動きませんが
03:23
but we do have slightly larger versions
that do run around.
もう少し大きいもので
走り回れるものを作りました
03:25
So this is about a centimeter cubed,
a centimeter on a side, so very tiny,
これは1立法cmの大きさで
幅1cmで とても小さいです
03:28
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
1秒に全長10個分
走り回るようにしたので
03:32
so 10 centimeters per second.
秒速10cmです
03:35
It's pretty quick for a little, small guy,
この大きさにしては
かなり速いですが
03:36
and that's really only limited
by our test setup.
試験環境に限りがあったため
この速さが限界です
03:38
But this gives you some idea
of how it works right now.
でも動き方については
わかったと思います
03:41
We can also make 3D-printed versions
of this that can climb over obstacles,
障害物を越えることのできる
3Dプリンターで作ったものもあります
03:44
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
先ほどのゴキブリに
よく似ていますね
03:47
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
最終的にはすべてを
搭載したいと思っています
03:51
We want sensing, power, control,
actuation all together,
センサーや動力源 制御装置や
作動装置もすべて搭載したいのですが
03:54
and not everything
needs to be bio-inspired.
すべてが生き物に由来している
必要はありません
03:58
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
このロボットは
タブレット菓子くらいの大きさです
04:00
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
この場合 動き回るための
磁石や筋肉の代わりに
04:04
we use rockets.
ロケットを使います
04:08
So this is a micro-fabricated
energetic material,
これはマイクロ加工された
エネルギー物質で
04:10
and we can create tiny pixels of this,
数ピクセル分作って
04:13
and we can put one of these pixels
on the belly of this robot,
このロボットのおなかに
つけることができます
04:15
and this robot, then, is going to jump
when it senses an increase in light.
そうすると 光が強くなるのを
感じてジャンプするのです
04:19
So the next video is one of my favorites.
次のビデオは私のお気に入りです
04:24
So you have this 300-milligram robot
300mgのロボットが
04:26
jumping about eight
centimeters in the air.
8cmほどジャンプしているのが
わかります
04:29
It's only four by four
by seven millimeters in size.
大きさはたったの
4mm x 4mm x 7mmです
04:32
And you'll see a big flash
at the beginning
最初にエネルギーが放出されたときに
04:35
when the energetic is set off,
大きな光が出て
04:37
and the robot tumbling through the air.
ロボットが空中を浮遊しているのが
わかりますね
04:38
So there was that big flash,
大きな光が出て
04:40
and you can see the robot
jumping up through the air.
ロボットが空中をジャンプしています
04:42
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
このロボットにはロープも
ワイヤーもついていません
04:45
Everything is onboard,
and it jumped in response
すべてが搭載され
学生がそばにあるデスクランプを
04:48
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
つけたことに反応して
ジャンプしたのです
04:51
So I think you can imagine
all the cool things that we could do
ですから 走ったり這い回ったり
ジャンプしたり転げまわる
04:55
with robots that can run and crawl
and jump and roll at this size scale.
このサイズのロボットですごいことが
できることが想像できるでしょう
04:59
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
地震のような自然災害のあとで
出る瓦礫を考えてみてください
05:03
Imagine these small robots
running through that rubble
こうした小さなロボットが
瓦礫の周りを走り回って
05:07
to look for survivors.
生存者を探せたらどうでしょう
05:10
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
あるいは 小さなロボットが
たくさん橋の周りを走り回って
05:12
in order to inspect it
and make sure it's safe
安全性を確認するのはどうでしょう
05:15
so you don't get collapses like this,
ミネアポリス近郊で
05:17
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
2007年に起こったようなことは
起こらないでしょう
05:19
Or just imagine what you could do
あなたの血管を泳ぎまわれるような
05:23
if you had robots that could
swim through your blood.
ロボットがあったらどうか
想像してみてください
05:25
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
アイザック・アシモフの
『ミクロの決死圏』みたいでしょ?
05:27
Or they could operate without having
to cut you open in the first place.
開腹しないでロボットが
手術できたらどうでしょうか?
05:30
Or we could radically change
the way we build things
シロアリのように動き回る
小さなロボットがあれば
05:34
if we have our tiny robots
work the same way that termites do,
建設方法を大きく
変化させられるかもしれません
05:37
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
シロアリはアフリカやオーストラリアで
05:40
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
他のシロアリと一緒に住むための
とても換気のいい 高さ8mもの
05:43
in Africa and Australia.
山を作るのです
05:47
So I think I've given you
some of the possibilities
小さなロボットでできることの
可能性をいくつか
05:49
of what we can do with these small robots.
お見せしました
05:51
And we've made some advances so far,
but there's still a long way to go,
いくらか進歩したとはいえ
まだまだ道は長いですが
05:54
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
あなた方の中に この道に
貢献できる人がいることを願います
05:58
Thanks very much.
ありがとうございました
06:01
(Applause)
(拍手)
06:03

▲Back to top

About the Speaker:

Sarah Bergbreiter - Microroboticist
Sarah Bergbreiter packs advanced technologies into tiny robots that can overcome obstacles 80 times their height.

Why you should listen

Sarah Bergbreiter runs the Maryland Microrobotics Laboratory at the University of Maryland, where she develops innovative technologies that could advance medicine, consumer electronics and other sciences. She joined the university in 2008 as an assistant professor of mechanical engineering.

Having received her B.S.E degree in electrical engineering from Princeton, she worked on her M.S. and Ph.D. at Berkeley, which is where she focused on microrobotics. She has received multiple awards for her work, including the DARPA Young Faculty Award in 2008 and the Presidential Early Career Award for Scientists in 2013.

More profile about the speaker
Sarah Bergbreiter | Speaker | TED.com