TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
سارة بيرجرايتر: لماذا أصنع روبوتات بحجم حبة اﻷرز
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
من خلال دراسة حركة وأجسام الحشرات مثل النمل، تقوم سارة بيرجرايتر وفريقها ببناء نماذج حشرات ميكانيكية، صغيرة جدا وقوية بشكل لا يصدق. ومن ثم يقوموا بإضافة صواريخ.
تعرف على أروع إنجازاتهم في مجال الروبوتات الصغيرة، وتعرف على ثلاث تطبيقات يمكن من خلالها استخدام هذه النماذج الميكانيكية في المستقبل.
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
My students and I
work on very tiny robots.
work on very tiny robots.
0
564
3645
أنا وتلامذتي نعمل على روبوتات صغيرة جدا.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
الآن تستطيع أن تعتبر هذه الروبوتات
نماذج
نماذج
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
ﻷشياء مألوفة جدا: النملة.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
وجميعنا يعلم بأن النمل
والحشرات الأخرى بمثل هذا حجم
والحشرات الأخرى بمثل هذا حجم
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
قادرة على عمل أشياء مذهلة.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
جميعنا رآى مجموعة من النمل
أو نموذجا من ذلك
أو نموذجا من ذلك
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
تقوم بأخذ رقائق البطاطس خلال النزهة،
على سبيل المثال.
على سبيل المثال.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
ولكن ما هي التحديات الحقيقية
لهندسة هذا النمل؟
لهندسة هذا النمل؟
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
حسنا، أولا وقبل كل شيء،
كيف نحصل على قدرات النملة
كيف نحصل على قدرات النملة
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
في روبوت بمثل هذا الحجم؟
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
حسنا، أولا نحن بحاجة إلى معرفة
كيفية جعلها تتحرك
كيفية جعلها تتحرك
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
كونها صغيرة جدا.
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
نحن بحاجة إلى آليات مثل السيقان
والمحركات الفعالة
والمحركات الفعالة
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
من أجل دعم هذه الحركة.
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
ونحن بحاجة إلى المجسات
والكهرباء وآليات التحكم
والكهرباء وآليات التحكم
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
من أجل ضم جميع المهام
في روبوت "النمل الشبه الذكي".
في روبوت "النمل الشبه الذكي".
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
وأخيرا، لجعل هذه الأمور تعمل،
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
نريد الكثير من هذه الروبوتات العمل معا
من أجل عمل مهام أكبر.
من أجل عمل مهام أكبر.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
لذلك سأبدأ بمفاهيم الحركة.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
الحشرات تتحرك وتتنقل بشكل مثير للدهشة.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
هذا الفيديو من جامعة بيركلي.
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
ويظهر صرصورا يتحرك
على أرض وعرة للغاية
على أرض وعرة للغاية
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
دون أن ينقلب،
وهو قادر على القيام بذلك لأن سيقانه
مكونه من مزيج مواد قاسية وصلبة،
مكونه من مزيج مواد قاسية وصلبة،
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
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
وهي ما نستخدمها عادة في صناعة الروبوتات،
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
ومواد لينة أيضا.
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
طريقة أخرى ومثيرة جدا للاهتمام
للتنقل عندما يكون حجمك صغير جدا هي القفز.
للتنقل عندما يكون حجمك صغير جدا هي القفز.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
إن هذه الحشرات تخزن الطاقة على شكل زنبركي
ومن ثم تفرج عن هذه الطاقة بسرعة فائقة
ومن ثم تفرج عن هذه الطاقة بسرعة فائقة
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
للحصول على الطاقة الكافية التي يحتاجونها
للقفز من الماء، على سبيل المثال.
للقفز من الماء، على سبيل المثال.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
لذلك أحد أكبر
المساهمات المقدمة من مختبري
المساهمات المقدمة من مختبري
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
هي الجمع ما بين
المواد الصلبة والمرنة
المواد الصلبة والمرنة
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
في آليات صغيرة للغاية.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
آلية القفز هذه هي عبارة عن
حوالي أربعة مليمترات على الجانب،
حوالي أربعة مليمترات على الجانب،
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
لذلك فهي صغيرة للغاية.
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
المادة الصلبة هنا هي السيليكون،
والمادة اللينة هي مطاط السيليكون.
والمادة اللينة هي مطاط السيليكون.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
والفكرة الأساسية هي أننا
سنقوم بالضغط عليها،
سنقوم بالضغط عليها،
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
لنخزن الطاقة في الزنبركات،
ومن ثم نفرج عنها للقفز.
ومن ثم نفرج عنها للقفز.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
حاليا لا توجد محركات
ولا كهرباء على متن الروبوت.
ولا كهرباء على متن الروبوت.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
يتم دفعها باستخدام طريقة
نسميها في مختبري
نسميها في مختبري
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"طالب دراسات عليا مع ملاقط."
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
إذا ما سترونه في المقطع التالي
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
طالب يقوم بعمل مدهش
لجعلها تقفز
لجعلها تقفز
هذا هو "آرون" طالب الدراسات العليا
مع الملاقط
مع الملاقط
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
ترون آلية اﻷربع مليمترات
تقفز حوالي 40 سنتيمترا.
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
ما يقارب 100 ضعف طولها.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
ومع ذلك ينجو، يرتد على الطاولة،
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
إنه قوي بشكل لا يصدق،
وينجو بشكل جيد حتى نضيعه
وينجو بشكل جيد حتى نضيعه
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
لأنه صغير جدا.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
في النهاية، نريد أن نضيف
محركات أيضا،
محركات أيضا،
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
ولدينا طلاب في المختبر
يعملون على محركات بحجم المليمتر
يعملون على محركات بحجم المليمتر
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
لدمجها مع الروبوتات المستقلة
الصغيرة الحجم.
الصغيرة الحجم.
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
لكن من أجل تهيئة التنقل
والحركة لمثل هذا الحجم من الروبوتات
والحركة لمثل هذا الحجم من الروبوتات
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
نقوم بالاحتيال واستخدام المغناطيسات.
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
هذا يوضح ما سيكون
جزء من ساق لروبوت دقيق الحجم،
جزء من ساق لروبوت دقيق الحجم،
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
ويمكنك أن ترى مفاصل السيليكون المطاطية
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
وهناك مغناطيس مضمن يتم تحريكه
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
بواسطة حقل مغناطيسي خارجي.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
يقودنا هذا إلى الروبوت
الذي عرضته عليكم في وقت سابق.
الذي عرضته عليكم في وقت سابق.
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
والشيء المثير للاهتمام
أن هذا الروبوت يمكن أن يساعدنا على اكتشاف
أن هذا الروبوت يمكن أن يساعدنا على اكتشاف
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
كيفية حركة
الحشرات الصغيرة الحجم.
الحشرات الصغيرة الحجم.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
لدينا نموذج ممتاز
يشرح بشكل شامل
يشرح بشكل شامل
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
آلية الحركة ابتداء من الصرصور
إلى الفيل.
إلى الفيل.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
كلنا نتبع حركة الوثب
عند الجري.
عند الجري.
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
لكن إذا كنت صغيرة الحجم،
القوى ما بين قدمي والأرض
القوى ما بين قدمي والأرض
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
ستأثر بحركتي أكثر بكثير من كتلتي.
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
وهو ما يسبب حركة الوثب.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
هذا الروبوت لا يعمل تماما حتى الآن،
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
لكن لدينا نماذج أكبر قليلا
تقوم بالتنقل والحركة.
تقوم بالتنقل والحركة.
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
هذا حوالي سنتيمتر مكعب،
سنتيمتر واحد على الجانب، لذلك هو صغير جدا،
سنتيمتر واحد على الجانب، لذلك هو صغير جدا،
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
وقد استطعنا تهيئته
ليجري ما يقارب 10 أضعاف طوله.
ليجري ما يقارب 10 أضعاف طوله.
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
أي 10 سنتيمترات في الثانية.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
هذا سريع جدا مقارنة
بروبوت صغير الحجم.
بروبوت صغير الحجم.
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
وهو فقط محدود
بسبب إعدادات الاختبار.
بسبب إعدادات الاختبار.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
لكن يعطيك هذا الآن فكرة
عن كيفية عمل الروبوت.
عن كيفية عمل الروبوت.
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
نستطيع أيضا إنتاج نماذج ثلاثية اﻷبعاد،
يمكنها الصعود فوق العقبات،
يمكنها الصعود فوق العقبات،
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
مثل الصرصور، الذي شاهدناه في وقت سابق.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
لكن في النهاية نريد إضافة
كل شيء على متن الروبوت.
كل شيء على متن الروبوت.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
نريد الاستشعار، والطاقة، والسيطرة،
والنظام الميكانيكي كل ذلك معا،
والنظام الميكانيكي كل ذلك معا،
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
ولا يجب استيحاء كل شيء
من أسس بيولوجية.
من أسس بيولوجية.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
هذا الروبوت بحجم سكاكر النعناع.
الآن، بدلا من المغناطيس
أو العضلات لإيحاد الحركة،
أو العضلات لإيحاد الحركة،
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
نستخدم مواد.
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
هذه مادة حيوية مختلقة دقيقة الحجم.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
من هذه المادة
نستطيع إنتاج بكسلات صغيرة الحجم.
نستطيع إنتاج بكسلات صغيرة الحجم.
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
ويمكننا وضع واحدة من هذه البكسلات
على بطن هذا الروبوت،
على بطن هذا الروبوت،
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
لذلك سيقوم الروبوت بالقفز عند
استشعاره زيادة في الضوء.
استشعاره زيادة في الضوء.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
المقطع التالي هو أحد المقاطع المفضلة لدي.
لديك روبوت بوزن 300 مليغرام
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
يقفز ما يقارب 8 سنتيمترات في الهواء.
حجمه (4) (4) (7) ملليمترات.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
في البداية سترى وميضا ساطعا
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
بعد تحرير الطاقة،
ستجد الروبوت يتشقلب في الهواء.
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
هذا هو الوميض،
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
وبعده ترى الروبوت
يقفز عاليا في الهواء.
يقفز عاليا في الهواء.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
ليست هناك حبال ولا أسلاك متصلة بالروبوت.
كل شيء على متن الروبوت،
وتم القفز على شكل ردة فعل
وتم القفز على شكل ردة فعل
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
للضوء الناتج عن مصباح المكتب
الذي يقوم الطالب بإضاءته
الذي يقوم الطالب بإضاءته
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
لذلك أعتقد انه يمكنك أن تتخيل
كل الأشياء الرائعة التي يمكن أن نقوم بها
كل الأشياء الرائعة التي يمكن أن نقوم بها
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
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
مع روبوتات صغيرة الحجم
تستطيع الجري والزحف والقفز والتدحرج.
تستطيع الجري والزحف والقفز والتدحرج.
تخيل الركام الناتج بعد
كارثة طبيعية مثل الزلزال.
كارثة طبيعية مثل الزلزال.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
تخيل هذه الروبوتات الصغيرة
تجول هذا الركام
تجول هذا الركام
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
للبحث عن ناجين.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
أو تخيل عددا كبيرا من الروبوتات
تتجول حول جسر
تتجول حول جسر
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
من أجل فحصه
والتأكد من أنه آمن
والتأكد من أنه آمن
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
لكيلا تحصل على انهيارات مثل هذه
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
التي حدثت خارج
مينيابوليس في عام 2007.
مينيابوليس في عام 2007.
أو فقط تخيل ما يمكن أن تفعله
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
لو كان لديك روبوتات
تسبح خلال الدم.
تسبح خلال الدم.
أليس كذلك؟ "رحلة رائعة" لإسحاق أسيموف.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
أو العمل دون الحاجة
لشق الجسم في المقام الأول.
لشق الجسم في المقام الأول.
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
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
أو نستطيع تغيير طرق صناعتنا للأشياء
وبشكل جذري
وبشكل جذري
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
لو أمكننا جعل روبوتاتنا تعمل
كالنمل اﻷبيض،
كالنمل اﻷبيض،
وجعلناها تبني
التلال العالية ذات الثمانية أمتار،
التلال العالية ذات الثمانية أمتار،
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
وبناء مبان سكنية جيدة التهوية
لغيرها من النمل اﻷبيض
لغيرها من النمل اﻷبيض
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
في أفريقيا وأستراليا.
لذلك أعتقد أنني أعطيتكم
بعض احتمالات
بعض احتمالات
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
ما يمكننا القيام به
من خلال هذه الروبوتات الصغيرة.
من خلال هذه الروبوتات الصغيرة.
ونأمل أن نكون قد حققنا بعض التقدم إلى الآن
لكن لا يزال أمامنا الكثير
لكن لا يزال أمامنا الكثير
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
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
ونأمل أن البعض منكم
يمكنه المساهمة في تحقيق تلك الغاية.
يمكنه المساهمة في تحقيق تلك الغاية.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
شكرا جزيلا.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(تصفيق)
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