TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Sarah Bergbreiter: Proč tvořím roboty velikosti zrnka rýže
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
Studiem pohybu a těl hmyzu jako jsou mravenci, Sarah Bergbreiter a její tým vytvořili neuvěřitelně robustní, velmi malé, nechanické verze strašidelné havěti...a přidali rakety. Sledujte jejich ohromující vývoj v mikrorobotice a poslechněte si tři způsoby jak využít tyto malé pomocníky v budoucnosti.
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
S mými studenty pracuji
na maličkých robotech.
na maličkých robotech.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Můžete si je představit
jako robotické verze
jako robotické verze
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
něčeho, co všichni dobře známe:
mravenců.
mravenců.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Víme, že mravenci i další hmyz
podobných rozměrů
podobných rozměrů
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
jsou schopni dost neuvěřitelných věcí.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Každý určitě viděl skupinku mravenců
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
jak si třeba při pikniku
odtahují jeden z jeho chipsů.
odtahují jeden z jeho chipsů.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Co je ale potřeba ke zkonstruování
takových mravenců?
takových mravenců?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Zaprvé, jak dostat schopnosti mravence
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
do stejně malého robota?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
Zaprvé, jak ho vůbec rozpohybujeme,
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
když je tak malý?
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
Pro pohyb potřebujeme
mechanické součástky
mechanické součástky
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
jako nohy a výkonné motory,
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
a dále senzory, energii a ovládání,
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
které ze součástek udělají
polo-inteligentního robota-mravence.
polo-inteligentního robota-mravence.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
Aby vše dohromady fungovalo,
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
musí tyto věci navzájem spolupracovat.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Takže začnu s pohyblivostí.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Hmyz se pohybuje úžasně snadno.
Video Kalifornské university v Berkeley
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
ukazuje pohyb švába
neuvěřitelně nerovným terénem,
neuvěřitelně nerovným terénem,
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
aniž by se převrátil,
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
a to jen kvůli tomu, že jeho nohy
jsou kombinací tuhých materiálů,
jsou kombinací tuhých materiálů,
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
ty se běžně používají k výrobě robotů,
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
a měkkých materiálů.
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
Skákání je další zajímavý pohyb,
když jste maličcí.
když jste maličcí.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Tento hmyz ukládá energii v pružině
a tu uvolní tak rychle,
a tu uvolní tak rychle,
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
že získá vysoký výkon
potřebný například k výskoku z vody.
potřebný například k výskoku z vody.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Jedním z našich největších příspěvků
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
bylo kombinování tuhých
a měkkých materiálů
a měkkých materiálů
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
ve velmi malých mechanismech.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Tento skákací mechanismus má
z boku asi 4 mm,
z boku asi 4 mm,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
takže je opravdu maličký.
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
Tvrdý materiál je silikon
a měkký pak silikonová pryž.
a měkký pak silikonová pryž.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Základem je,
že energie se při stlačení
že energie se při stlačení
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
uloží v pružinách
a po uvolnění dojde ke skoku.
a po uvolnění dojde ke skoku.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Takže teď tu nejsou žádné motory,
ani elektrická energie.
ani elektrická energie.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Je to uváděno do pohybu metodou,
které v laboratoři říkáme
které v laboratoři říkáme
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"student s pinzetou".
(smích)
(smích)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
V následujícím videu uvidíte,
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
jak se tomuto robotu
výborně daří skákat.
výborně daří skákat.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Toto je Aaron, student s pinzetou,
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
a to, co uvidíte, je tento
4 mm mechanismus,
4 mm mechanismus,
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
který dokáže skákat skoro
40 cm vysoko.
40 cm vysoko.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
To je téměř stokrát více než sám měří.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
Přečkal to a skáče po stole.
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
Je neskutečně silný a samozřejmě
se drží docela dobře než ho ztratíme,
se drží docela dobře než ho ztratíme,
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
protože je tak maličký.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Dále chceme přidat motory
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
a máme studenty, kteří pracují
na motorech milimetrových velikostí,
na motorech milimetrových velikostí,
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
které nakonec připojíme
k malým, autonomním robotům.
k malým, autonomním robotům.
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
Ale abychom se ze začátku mohli soustředit
na pohyb v tomto malém měřítku,
na pohyb v tomto malém měřítku,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
tak švindlujeme a používáme magnety.
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
Zde vidíte možnou
součást nohy mikrorobota.
součást nohy mikrorobota.
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
Všimněte si kloubů
ze silikonové pryže
ze silikonové pryže
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
a tady je vestavěný magnet,
který je uváděn do pohybu
který je uváděn do pohybu
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
vnějším magnetickým polem.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Toto vedlo k robotovi,
kterého jste viděli na začátku.
kterého jste viděli na začátku.
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
Pomůže nám zjistit,
jak se hmyz v tomto měřítku pohybuje.
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
Již máme dobré modely pohybu všeho
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
od švába po slona.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
Pohupujeme se jako u běhu.
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
Při velmi malých rozměrech
je pohyb více ovlivněn
je pohyb více ovlivněn
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
silou mezi končetinami a zemí,
než vlastní hmotou,
než vlastní hmotou,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
což je příčina houpavého pohybu.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Tento chlapík ještě moc nefunguje,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
máme většího, který už pobíhá kolem.
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
To je tak centimetr krychlový,
takže velmi maličký,
takže velmi maličký,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
a běží 10 tělesných délek za sekundu,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
10 centimetrů za sekundu.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Hodně dobré na tak malého chlapíka,
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
a to je limitován naším nastavením testu.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Dává nám to představu o principu,
jak vlastně funguje.
jak vlastně funguje.
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
Také můžeme vytisknout 3D verzi,
která leze přes překážky,
která leze přes překážky,
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
hodně podobné švábovi, kterého
jste viděli dříve.
jste viděli dříve.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
Nakonec chceme všechno sloučit
do jednoho robota.
do jednoho robota.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Snímání, síla, kontrola
a ovládání pohromadě,
a ovládání pohromadě,
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
ne vše musí být inspirováno přírodou.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Takže tady je robot velikosti tik-taku.
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
Místo magnetů nebo svalů se pohybuje
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
pomocí raket.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
Zde je energetický materiál,
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
můžeme z něj vytvořit malé pixely
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
a ty pixely můžeme dát na spodek robota,
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
robot pak vyskočí, když zaznamená
nárůst světla.
nárůst světla.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Následující video je mé oblíbené.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
300 mg robot skáče
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
8 cm do vzduchu.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
Je velký 4 x 4 x 7 mm.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Na začátku uvidíte velký záblesk,
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
když se spustí energetik,
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
a robot letí vzduchem.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Velký záblesk a vidíte
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
robota poskakovat vzduchem.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Nevedou k němu
žádné provázky, žádné dráty.
žádné provázky, žádné dráty.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Všechno je zaudováno v něm
a reaguje skokem
a reaguje skokem
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
na náhlé kliknutí stolní lampy studentem.
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
Určitě si dokážete představit, co všechno
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
jde provádět s běhajícími, plazícími se
a skákajícími roboty této velikosti.
a skákajícími roboty této velikosti.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Představte si suť po přírodní katastrofě
typu zemětřesení.
typu zemětřesení.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
Představte si jak tito malí roboti v suti
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
hledají přeživší.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Nebo mnoho malých robotů okolo mostu,
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
jak jej kontrolují, aby byl bezpečný,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
aby nedošlo ke zhroucení
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
jako v Minneapolis v r.2007.
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
Nebo co kdyby roboti
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
mohli plavat ve vaší krvi.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
"Fantastická cesta" od Isaaca Asimova.
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
Nebo by mohli
operovat bez řezných ran.
operovat bez řezných ran.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Nebo bychom mohli
radikálně změnit výstavbu
radikálně změnit výstavbu
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
pokud budou pracovat stejně jako termiti a
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
vytvoří kopce o neuvěřitelné výšce 8 m.
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
výborně klimatizovaná obydlí
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
pro termity v Africe a Austrálii.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Předestřela jsem vám pár věcí,
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
které s těmito roboty můžeme dělat.
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
Pokročili jsme, ale
před námi je ještě dlouhá cesta
před námi je ještě dlouhá cesta
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
a doufejme, že někteří mohou
přispět k jejímu dokončení.
přispět k jejímu dokončení.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
Děkuji moc.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(potlesk)
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