TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Sarah Bergbreiter: Pourquoi je crée des robots de la taille d'un grain de riz
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En étudiant le mouvement et des corps d'insectes comme les fourmis , Sarah Bergbreiter et son équipe construisent des versions mécaniques de bestioles incroyablement robustes, super minuscules... et puis ils ajoutent des fusées. Voyez leurs développements époustouflants dans la micro-robotique, et trois façons dont nous pourrions utiliser ces petits assistants à l'avenir.
Sarah Bergbreiter - Microroboticist
Sarah Bergbreiter packs advanced technologies into tiny robots that can overcome obstacles 80 times their height. Full bio
Sarah Bergbreiter packs advanced technologies into tiny robots that can overcome obstacles 80 times their height. Full bio
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00:12
My students and I
work on very tiny robots.
work on very tiny robots.
0
564
3645
Avec mes étudiants,
nous travaillons sur des mini robots.
nous travaillons sur des mini robots.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
On peut considérer qu'il s'agit
des versions robotisées
des versions robotisées
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
d'une petite bête
que vous connaissez bien : la fourmi.
que vous connaissez bien : la fourmi.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
On le sait, les fourmis et
les insectes de cette taille,
les insectes de cette taille,
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
sont capables d'inimaginables prouesses.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
On a tous déjà vu lors d'un pique-nique
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
une colonie de fourmis, par exemple,
embarquer un chips sur leurs dos.
embarquer un chips sur leurs dos.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Quels défis se posent dans l'imitation
mécanique des fourmis ?
mécanique des fourmis ?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Tout d'abord, comment créer un robot
aussi petit qu'une fourmi
aussi petit qu'une fourmi
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
qui puisse reproduire ses capacités ?
Premier défi à relever :
réussir à faire bouger ces robots
réussir à faire bouger ces robots
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
malgré leur petite taille.
Il faut des articulations mécaniques
en guise de pattes,
en guise de pattes,
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
des moteurs fiables
pour assurer la locomotion.
pour assurer la locomotion.
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
On a besoin des capteurs,
de courant et un téléguidage
de courant et un téléguidage
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
pour que le tout s'assemble
en un robot semi-intelligent.
en un robot semi-intelligent.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
Enfin, pour que l'appareil ait
une fonction réelle,
une fonction réelle,
01:01
we want a lot of them working together
in order to do bigger things.
in order to do bigger things.
17
49071
3948
ces robots doivent faire ensemble
ce qu'un seul robot ne peut pas faire.
ce qu'un seul robot ne peut pas faire.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Commençons par la mobilité.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Les insectes se déplacent
étonnamment bien.
étonnamment bien.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
Dans cette vidéo de l'UC Berkeley,
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
on voit un cafard se déplaçant
sur un terrain accidenté
sur un terrain accidenté
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
sans tomber.
01:17
and it's able to do this because its legs
are a combination of rigid materials,
are a combination of rigid materials,
23
65195
3997
Il en capable grâce à ses pattes
faites de matériaux rigides et souples.
faites de matériaux rigides et souples.
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
Or les robots sont eux aussi construits
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
en matériaux rigides généralement.
01:26
Jumping is another really interesting way
to get around when you're very small.
to get around when you're very small.
26
74374
3827
Sauter est aussi une manière intéressante
de se déplacer quand on est très petit.
de se déplacer quand on est très petit.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Ces insectes accumulent de l'énergie
dans un ressort et la libère très vite
dans un ressort et la libère très vite
01:34
to get the high power they need
to jump out of water, for example.
to jump out of water, for example.
28
82270
4011
afin d'obtenir la puissance nécessaire
pour bondir hors de l'eau par exemple.
pour bondir hors de l'eau par exemple.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
C'est là que mon laboratoire
s'est vraiment rendu utile :
s'est vraiment rendu utile :
nous avons créé un alliage
de matériaux rigides et souples
de matériaux rigides et souples
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
et à l'intégrer
dans de très petits engins.
dans de très petits engins.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Cet engin sauteur fait
à peu près 4 mm de côté,
à peu près 4 mm de côté,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
il est donc très petit.
01:51
The hard material here is silicon,
and the soft material is silicone rubber.
and the soft material is silicone rubber.
34
99220
3838
Le matériau rigide ici est en silicone,
et le souple en caoutchouc de silicone.
et le souple en caoutchouc de silicone.
L'idée est ensuite, grosso modo,
de miniaturiser tout cela,
de miniaturiser tout cela,
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
stocker l'énergie dans les ressorts
et la libérer pour sauter.
et la libérer pour sauter.
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
À ce stade, l'engin ne possède
ni moteur, ni alimentation électrique.
ni moteur, ni alimentation électrique.
Il est manœuvré grâce à la méthode
qu'on appelle, dans notre laboratoire,
qu'on appelle, dans notre laboratoire,
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
« le stagiaire aux pincettes. »
(rires)
(rires)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
Dans la prochaine vidéo,
vous verrez le petit robot en question
réaliser des sauts spectaculaires.
réaliser des sauts spectaculaires.
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Voici Aaron, notre stagiaire,
avec les fameuses pincettes.
avec les fameuses pincettes.
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
Et cet engin, long de quatre millimètres,
effectue des sauts
de presque 40 centimètres de haut.
de presque 40 centimètres de haut.
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
C'est près de 100 fois
sa longueur d'origine.
sa longueur d'origine.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
Il survit et rebondit sur la table.
02:27
it's incredibly robust, and of course
survives quite well until we lose it
survives quite well until we lose it
47
135221
3514
Il est incroyablement robuste :
il continue sa vie
il continue sa vie
jusqu'à ce qu'on le perde de vue
en raison de sa petite taille.
en raison de sa petite taille.
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
À terme, nous voudrions
y intégrer des moteurs.
y intégrer des moteurs.
Au labo, des étudiants travaillent
sur des moteurs de quelques millimètres
sur des moteurs de quelques millimètres
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
pour les embarquer
dans de petits robots autonomes.
dans de petits robots autonomes.
02:42
But in order to look at mobility and
locomotion at this size scale to start,
locomotion at this size scale to start,
52
150686
3581
Mais, pour pouvoir étudier la mobilité
et la locomotion à cette échelle,
et la locomotion à cette échelle,
nous trichons et utilisons des aimants.
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
Voilà ce qui pourrait devenir
le composant d'une patte du micro-robot.
le composant d'une patte du micro-robot.
02:48
So this shows what would eventually
be part of a micro-robot leg,
be part of a micro-robot leg,
54
156241
3076
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
Ici, les joints en caoutchouc de silicone,
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
un aimant enchâssé dans le mécanisme,
que l'on peut ainsi déplacer
que l'on peut ainsi déplacer
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
grâce à un champ magnétique externe.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
C'est ce qui conduit au robot
que je vous ai montré plus tôt.
que je vous ai montré plus tôt.
03:02
The really interesting thing
that this robot can help us figure out
that this robot can help us figure out
59
169959
3151
Ce robot nous permet de comprendre
la manière dont les insectes
se déplacent à cette échelle.
se déplacent à cette échelle.
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
Tous les animaux,
du cafard à l'éléphant,
du cafard à l'éléphant,
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
se déplacent plus ou moins
de façon élastique.
de façon élastique.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
Les hommes eux aussi courent
selon ce modèle.
selon ce modèle.
03:14
But when I'm really small,
the forces between my feet and the ground
the forces between my feet and the ground
64
182228
4285
Mais quand on est tout petit,
les forces entre les pieds et le sol
les forces entre les pieds et le sol
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
impactent beaucoup plus
la locomotion que la masse,
la locomotion que la masse,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
ce qui cause
ce mouvement élastique.
ce mouvement élastique.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Donc ce robot n'est pas encore au point,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
mais nous en avons des plus grands
qui arrivent à courir.
qui arrivent à courir.
03:28
So this is about a centimeter cubed,
a centimeter on a side, so very tiny,
a centimeter on a side, so very tiny,
69
196392
3885
Ils font à peu près 1 cm cube,
1 cm de côté, donc tous petits.
1 cm de côté, donc tous petits.
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
On a pu les faire courir environ
10 longueurs corporelles par seconde,
soit 10 cm par seconde.
soit 10 cm par seconde.
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
C'est plutôt rapide
pour un si petit robot
pour un si petit robot
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
et encore, les conditions du test
limitent la vitesse.
limitent la vitesse.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Mais ça donne une idée
de son fonctionnement à ce stade.
de son fonctionnement à ce stade.
03:44
We can also make 3D-printed versions
of this that can climb over obstacles,
of this that can climb over obstacles,
75
212027
3754
Nous pouvons aussi imprimer en 3D
des versions capables
de franchir des obstacles,
de franchir des obstacles,
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
tout comme le cafards
que vous avez vu plus tôt.
que vous avez vu plus tôt.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
À terme, nous souhaitons que tout ça
soit embarqué dans le robot.
soit embarqué dans le robot.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Nous voulons à la fois la perception,
la puissance, le contrôle, l'actionnement
la puissance, le contrôle, l'actionnement
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
sans nécessairement
s'inspirer du bio-mimétisme.
s'inspirer du bio-mimétisme.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Regardez ce robot-ci :
il a plus ou moins la taille d'un Tic Tac.
il a plus ou moins la taille d'un Tic Tac.
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
Ici, pour déplacer l'engin, nous utilisons
non pas des aimants ou des muscles,
non pas des aimants ou des muscles,
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
mais des fusées.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
C'est donc un matériau
énergétique micro-fabriqué
énergétique micro-fabriqué
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
qui peut servir à créer des micro pixels,
04:15
and we can put one of these pixels
on the belly of this robot,
on the belly of this robot,
85
243539
3787
et nous pouvons mettre un de ces pixels
sur le ventre de ce robot
sur le ventre de ce robot
04:19
and this robot, then, is going to jump
when it senses an increase in light.
when it senses an increase in light.
86
247326
4396
et ce robot sautera ensuite au contact
d'une lumière grandissante.
d'une lumière grandissante.
La prochaine vidéo est l'une de
mes préférées.
mes préférées.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
Le robot que vous voyez pèse
300 milligrammes
300 milligrammes
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
et il peut sauter en l'air
jusqu'à 8 centimètres.
jusqu'à 8 centimètres.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
Il fait seulement 4x4x7 millimètres.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Et vous verrez un grand flash au début
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
quand l'énergie est libérée
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
et le robot plane dans les airs.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Il y avait ce grand flash,
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
et vous pouvez voir le robot
sauter dans les airs.
sauter dans les airs.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Il n'y a pas d'attache,
pas de fils le reliant
pas de fils le reliant
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Tout est à l'intérieur
et il saute en réponse
et il saute en réponse
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
à l'élève qui appuie
sur la lampe de bureau à côté.
sur la lampe de bureau à côté.
04:55
So I think you can imagine
all the cool things that we could do
all the cool things that we could do
99
283243
3654
Imaginez toutes les choses cool
que l'on pourrait faire
que l'on pourrait faire
04:59
with robots that can run and crawl
and jump and roll at this size scale.
and jump and roll at this size scale.
100
286897
4707
avec des robots de cette taille,
capables de courir et ramper.
capables de courir et ramper.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Imaginez les décombres à la suite
d'une catastrophe naturelle,
d'une catastrophe naturelle,
comme un tremblement de terre.
Imaginez ces petits robots
Imaginez ces petits robots
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
courant à travers ces décombres
à la recherche de survivants.
à la recherche de survivants.
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Ou imaginez beaucoup de petits robots
courant autour du pont
courant autour du pont
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
pour l'inspecter et
s'assurer qu'il est sûr,
s'assurer qu'il est sûr,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
et éviter le genre d'effondrement
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
qui a eu lieu aux abords
de Minneapolis en 2007.
de Minneapolis en 2007.
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
Ou imaginez ce qu'on pourrait faire
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
s'il y avait des robots
qui peuvent nager dans votre sang,
qui peuvent nager dans votre sang,
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
Vous voyez ? "Le voyage fantastique",
Isaac Asimov.
Isaac Asimov.
05:30
Or they could operate without having
to cut you open in the first place.
to cut you open in the first place.
111
317851
4355
Ou ils pourraient opérer sans être
obligés de vous ouvrir.
obligés de vous ouvrir.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Où l'on pourrait radicalement changer
la manière de construire les choses
la manière de construire les choses
05:37
if we have our tiny robots
work the same way that termites do,
work the same way that termites do,
113
324936
3407
s'il y avait des micro-robots travaillant
comme des termites.
comme des termites.
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
Elles peuvent construire des buttes
incroyables de 8 mètres de haut,
incroyables de 8 mètres de haut,
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
des immeubles d'habitation bien ventilés
pour les autres termites
pour les autres termites
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
en Afrique et en Australie.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Je pense vous avoir donné
quelques possibilités
quelques possibilités
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
de ce qui peut être fait
grâce à ces petits robots.
grâce à ces petits robots.
05:54
And we've made some advances so far,
but there's still a long way to go,
but there's still a long way to go,
119
342154
4407
Nous avons beaucoup avancé
mais il reste encore beaucoup à faire
mais il reste encore beaucoup à faire
et nous espérons
que certains d'entre vous
que certains d'entre vous
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
pourrons participer à notre voyage.
Merci beaucoup.
Merci beaucoup.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
(Applaudissement)
06:03
(Applause)
122
351187
2204
ABOUT THE SPEAKER
Sarah Bergbreiter - MicroroboticistSarah 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.
Sarah Bergbreiter | Speaker | TED.com