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:
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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。
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
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
極小ロボットに取り組んでいます
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
皆さんもよくご存知の生き物の
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
ロボット版だと考えて下さい
アリです
アリです
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
アリをはじめ このサイズの昆虫が
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
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
ご承知のとおりです
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
ピクニックのときに
アリなどの昆虫の群れが
アリなどの昆虫の群れが
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
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
見たことがあるでしょう
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
このようなアリを作る
真の困難とは何でしょう？
真の困難とは何でしょう？
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
まずはじめに
アリの能力をどうやって
アリの能力をどうやって
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
同じサイズのロボットに
搭載すればいいのでしょう？
搭載すればいいのでしょう？
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
これほど小さいものを
どうやって動かすかを
どうやって動かすかを
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
まず考えなければなりません
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
脚や効率のよいモーターなどで
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
運動を支える必要がありますし
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
センサーや動力源や制御装置で
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
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
動くようにしなければなりません
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
最後に これらを
機能的にするためには
機能的にするためには
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
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
できるようにしなければなりません
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
可動性から始めましょう
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
昆虫は非常にうまく動き回ります
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
このビデオはカリフォルニア大学のものです
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
ゴキブリが
とても凹凸の多い表面を
とても凹凸の多い表面を
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
転ばずに歩いています
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
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
従来ロボットに使われていたような固い物質と
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
やわらかい物質の
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
組み合わせでできているからです
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
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
面白いものです
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
ばねに貯めたエネルギーを
素早く解放することで
素早く解放することで
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
たとえば 水から飛び出るような
大きな力を得ています
大きな力を得ています
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
私の研究室が成し遂げた
大きな貢献のひとつは
大きな貢献のひとつは
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
固い物質とやわらかい物質を
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
とても小さいメカニズムに
混在させるということです
混在させるということです
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
ジャンプのメカニズムは
幅４ミリほどで
幅４ミリほどで
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
とても小さいです
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
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
やわらかい物質はシリコンラバーです
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
基本的な考えとしては
これを収縮させて
これを収縮させて
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
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
解放してジャンプするというものです
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
ですから モーターも動力源も
搭載されていません
搭載されていません
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
これを動かすのに必要な方法論は
私の研究室で
私の研究室で
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
「大学院生とピンセット」と
呼んでいるものです (笑)
呼んでいるものです (笑)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
次のビデオでは
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
これが非常によく
跳躍する様子が見られます
跳躍する様子が見られます
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
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
大学院生のアーロンですが
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
ここでは大きさ４mmのメカニズムが
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
高さ40cmもジャンプしているのが
わかります
わかります
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
これは大きさの100倍にも及ぶ高さです
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
壊れることなく
テーブルにバウンドしています
テーブルにバウンドしています
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
これは非常に堅固です
もちろんとても小さいので
もちろんとても小さいので
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
失くさないよう
気を付けなければいけません
気を付けなければいけません
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
ですが最終的にこれにも
モーターを搭載したいので
モーターを搭載したいので
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
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
小さい自動制御ロボットに搭載する
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
１mm単位のモーターに取り組んでいます
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
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
このサイズのものを始動させるために
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
ちょっとずるいですが
磁石を使っています
磁石を使っています
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
これはマイクロロボットの脚になるものです
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
接続部がシリコンラバーで
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
外の磁場によって動かされている
埋め込まれた磁石が
埋め込まれた磁石が
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
見えると思います
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
これが先ほどお見せした
ロボットにつながります
ロボットにつながります
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
このロボットによって
解明される興味深いことは
解明される興味深いことは
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
この大きさの昆虫の動き方です
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
ゴキブリからゾウに至るまで
あらゆるものの動き方の
あらゆるものの動き方の
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
とてもいいモデルになるのです
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
皆走るときには
少し飛び跳ねるように動きますが
少し飛び跳ねるように動きますが
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
とても小さい場合は
脚と地面の間に働く力の方が
脚と地面の間に働く力の方が
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
体の体積よりも運動に影響します
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
そのために飛び跳ねるように動くのです
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
これはまだうまく動きませんが
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
もう少し大きいもので
走り回れるものを作りました
走り回れるものを作りました
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
これは１立法cmの大きさで
幅１cmで とても小さいです
幅１cmで とても小さいです
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
１秒に全長10個分
走り回るようにしたので
走り回るようにしたので
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
秒速10cmです
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
この大きさにしては
かなり速いですが
かなり速いですが
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
試験環境に限りがあったため
この速さが限界です
この速さが限界です
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
でも動き方については
わかったと思います
わかったと思います
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
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
3Dプリンターで作ったものもあります
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
先ほどのゴキブリに
よく似ていますね
よく似ていますね
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
最終的にはすべてを
搭載したいと思っています
搭載したいと思っています
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
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
作動装置もすべて搭載したいのですが
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
すべてが生き物に由来している
必要はありません
必要はありません
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
このロボットは
タブレット菓子くらいの大きさです
タブレット菓子くらいの大きさです
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
この場合 動き回るための
磁石や筋肉の代わりに
磁石や筋肉の代わりに
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
ロケットを使います
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
これはマイクロ加工された
エネルギー物質で
エネルギー物質で
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
数ピクセル分作って
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
このロボットのおなかに
つけることができます
つけることができます
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
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
感じてジャンプするのです
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
次のビデオは私のお気に入りです
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
300mgのロボットが
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
８cmほどジャンプしているのが
わかります
わかります
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
大きさはたったの
4mm x 4mm x 7mmです
4mm x 4mm x 7mmです
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
最初にエネルギーが放出されたときに
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
大きな光が出て
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
ロボットが空中を浮遊しているのが
わかりますね
わかりますね
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
大きな光が出て
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
ロボットが空中をジャンプしています
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
このロボットにはロープも
ワイヤーもついていません
ワイヤーもついていません
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
すべてが搭載され
学生がそばにあるデスクランプを
学生がそばにあるデスクランプを
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
つけたことに反応して
ジャンプしたのです
ジャンプしたのです
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
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
ジャンプしたり転げまわる
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
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
できることが想像できるでしょう
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
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
出る瓦礫を考えてみてください
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
こうした小さなロボットが
瓦礫の周りを走り回って
瓦礫の周りを走り回って
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
生存者を探せたらどうでしょう
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
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
たくさん橋の周りを走り回って
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
安全性を確認するのはどうでしょう
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
ミネアポリス近郊で
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
2007年に起こったようなことは
起こらないでしょう
起こらないでしょう
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
あなたの血管を泳ぎまわれるような
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
ロボットがあったらどうか
想像してみてください
想像してみてください
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
アイザック・アシモフの
『ミクロの決死圏』みたいでしょ？
『ミクロの決死圏』みたいでしょ？
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
開腹しないでロボットが
手術できたらどうでしょうか？
手術できたらどうでしょうか？
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
シロアリのように動き回る
小さなロボットがあれば
小さなロボットがあれば
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
建設方法を大きく
変化させられるかもしれません
変化させられるかもしれません
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
シロアリはアフリカやオーストラリアで
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
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
とても換気のいい 高さ８mもの
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
山を作るのです
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
小さなロボットでできることの
可能性をいくつか
可能性をいくつか
05:51
of what we can do with these small robots.
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339717
2437
お見せしました
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,
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4407
いくらか進歩したとはいえ
まだまだ道は長いですが
まだまだ道は長いですが
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
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2858
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
貢献できる人がいることを願います
06:01
Thanks very much.
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1768
ありがとうございました
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(Applause)
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2204
(拍手)
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