TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Sarah Bergbreiter: Warum ich Roboter in der Größe von Reiskörnern baue
Filmed:
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Durch das Studium der Bewegungsabläufe und des Körperbaus von Insekten wie Ameisen bauen Sarah Bergbreiter und ihr Team unglaublich robuste, extrem winzige, mechanische Versionen dieser Kriechtiere ... und bringen dann Raketen an. Entdecken Sie die atemberaubenden Entwicklungen in der Mikro-Robotik und erfahren Sie, wie wir diese kleinen Helfer in der Zukunft nutzen könnten.
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
Meine Studenten und ich
arbeiten an winzigen Robotern.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Wir können sie als Roboterversionen
von Tieren betrachten,
von Tieren betrachten,
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
die uns allen bekannt sind: Ameisen.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Wir wissen, dass Ameisen und
Insekten ähnlicher Größe
Insekten ähnlicher Größe
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
sehr erstaunliche Dinge tun können.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Wir alle haben Gruppen
von Ameisen oder dergleichen gesehen,
von Ameisen oder dergleichen gesehen,
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
die unsere Kartoffelchips
bei einem Picknick wegtragen.
bei einem Picknick wegtragen.
Aber was sind die wahren Herausforderungen
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
beim Bau dieser Ameisen?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Zuerst einmal: Wie bekommen wir
die Fähigkeiten der Ameisen
in einen Roboter der gleichen Größe?
in einen Roboter der gleichen Größe?
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
Zuerst müssen wir einen
Bewegungsmechanismus
Bewegungsmechanismus
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
für diese kleinen Roboter finden.
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
Wir benötigen Mechanismen
wie Beine und Motoren,
wie Beine und Motoren,
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
um die Fortbewegung zu unterstützen,
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
sowie Sensoren, Energie und Steuerung,
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
um alle Aspekte in einem semi-
intelligenten Ameisenroboter zu vereinen.
intelligenten Ameisenroboter zu vereinen.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
Damit sie am Ende zweckmäßig sind,
sollen viele von ihnen zusammenwirken
sollen viele von ihnen zusammenwirken
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
um gemeinsam größere
Aufgaben zu bewältigen.
Aufgaben zu bewältigen.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Ich beginne mit der Mobilität.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Insekten bewegen sich
erstaunlich geschickt.
erstaunlich geschickt.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
Dieses Video der UC Berkeley
zeigt eine Kakerlake,
zeigt eine Kakerlake,
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
die sich auf sehr unwegsamem Gelände
bewegt ohne umzukippen.
bewegt ohne umzukippen.
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
Sie kann das, da ihre Beine
sowohl aus starren Materialien,
sowohl aus starren Materialien,
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
wie wir sie üblicherweise
für den Bau von Robotern benutzen,
für den Bau von Robotern benutzen,
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
und weichen Materialien bestehen.
Springen ist auch eine sehr interessante
Fortbewegungsart, wenn man so klein ist.
Fortbewegungsart, wenn man so klein ist.
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
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Diese Insekten speichern
Energie in einer Sprungfeder
Energie in einer Sprungfeder
und setzen sie schnell wieder frei,
um aus dem Wasser hüpfen zu können.
um aus dem Wasser hüpfen zu können.
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
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Einer der größten Beiträge meines Labors
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
war die Kombination aus
weichen und starren Materialien
weichen und starren Materialien
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
in sehr, sehr kleinen Mechanismen.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Dieser Sprungmechanismus misst
etwa vier Millimeter an jeder Seite,
etwa vier Millimeter an jeder Seite,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
also extrem klein.
Das starre Material ist Silizium
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
und das weiche Material Silikon-Kautschuk.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Die Idee dahinter ist,
es zusammenzudrücken,
es zusammenzudrücken,
Energie in den Sprungfedern zu speichern
und beim Sprung freizusetzen.
und beim Sprung freizusetzen.
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
Dies funktioniert
ohne Motoren, ohne Antrieb.
ohne Motoren, ohne Antrieb.
Es wird mit einer Methode ausgeführt,
die wir in meinem Labor
die wir in meinem Labor
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
„Doktorand mit Pinzette“ nennen.
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
Im nächsten Video sehen Sie
einen kleinen Kerl,
einen kleinen Kerl,
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
der erstaunliche Sprünge vollbringt.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Das ist Aaron, der besagte
Doktorand mit Pinzette,
Doktorand mit Pinzette,
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
und ein vier Millimeter
kleiner Mechanisums,
kleiner Mechanisums,
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
der fast 40 Zentimeter hoch springt.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
Das ist fast das Hundertfache
seiner eigenen Größe.
seiner eigenen Größe.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
Er übersteht das, prallt vom Tisch ab,
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
ist unglaublich robust und überlebt,
bis wir ihn verlieren,
bis wir ihn verlieren,
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
weil er so winzig ist.
(Gelächter)
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Letztendlich wollen wir auch
Motoren hinzufügen.
Motoren hinzufügen.
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
Einige Studenten im Labor arbeiten
an millimeterkleinen Motoren,
an millimeterkleinen Motoren,
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
die in kleine autonome
Roboter integriert werden sollen.
Roboter integriert werden sollen.
Um Mobilität und Fortbewegung
in dieser Größenordnung
in dieser Größenordnung
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
in Betracht ziehen zu können,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
schummeln wir mit Magneten.
Was Sie hier sehen, wird einmal Teil
eines Mikroroboter-Beins.
eines Mikroroboter-Beins.
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
Sie sehen Gelenke aus Silikon-Kautschuk
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
und einen integrierten Magneten,
der durch ein externes
Magnetfeld bewegt wird.
Magnetfeld bewegt wird.
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Dies ergibt den Roboter,
den ich zuvor gezeigt habe.
den ich zuvor gezeigt habe.
Interessanterweise hilft uns
dieser Roboter zu verstehen,
dieser Roboter zu verstehen,
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
wie sich Insekten dieser Größe bewegen.
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
Wir wissen recht gut, wie sich Tiere,
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
von der Kakerlake bis
zum Elefanten, bewegen.
zum Elefanten, bewegen.
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
Wir bewegen uns alle auf diese
federnde Art, wenn wir laufen.
federnde Art, wenn wir laufen.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
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
Bei sehr kleiner Größe beeinflussen
die Kräfte zwischen meinen Füßen
die Kräfte zwischen meinen Füßen
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
und dem Boden die Fortbewegung
viel mehr als meine Masse,
viel mehr als meine Masse,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
was diese federnde Bewegung erzeugt.
Dieser kleine Kerl
funktioniert noch nicht ganz,
funktioniert noch nicht ganz,
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
doch größere Versionen
laufen bereits umher.
laufen bereits umher.
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
Dieser ist etwa einen Zentimeter
hoch und breit, sehr klein also,
hoch und breit, sehr klein also,
und läuft pro Sekunde
seine zehnfache Körperlänge,
seine zehnfache Körperlänge,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
das sind 10 cm pro Sekunde,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
sehr schnell für ein so winziges Kerlchen.
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
Begrenzt ist das nur
durch unseren Testaufbau.
durch unseren Testaufbau.
Doch dies zeigt Ihnen grob,
wie es zurzeit funktioniert.
wie es zurzeit funktioniert.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
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
Wir drucken Roboter auch in 3D
und lassen sie über Hindernisse laufen,
und lassen sie über Hindernisse laufen,
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
wie die Kakerlake zuvor.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
Im Endeffekt wollen wir alles
auf dem Roboter anbringen:
auf dem Roboter anbringen:
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Abtastung, Antrieb, Bedienung,
Bewegung, alles zusammen,
Bewegung, alles zusammen,
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
und nicht alles muss zwingend
von der Natur inspiriert sein.
von der Natur inspiriert sein.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Dieser Roboter ist in etwa
so groß wie ein Tic Tac,
so groß wie ein 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
und anstelle von Magneten oder
Muskeln zur Fortbewegung
Muskeln zur Fortbewegung
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
verwenden wir Raketen.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
Dies ist ein mikrofeines,
dynamisches Material,
dynamisches Material,
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
von dem wir Kleinstteile anfertigen
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
und diese am Bauch des Roboters
anbringen können.
anbringen können.
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
So springt dieser Roboter,
sobald er eine Lichtzunahme wahrnimmt.
sobald er eine Lichtzunahme wahrnimmt.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Das ist einer meiner Lieblingsfilme:
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
Sie sehen einen 300 mg leichten Roboter,
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
der etwa 8 cm hoch in die Luft hüpft.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
Er misst gerade mal 4 x 4 x 7 Millimeter.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Am Anfang sehen Sie einen hellen Blitz,
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
wenn Energie freigesetzt wird
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
und der Roboter durch die Luft wirbelt.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Hier sah man den hellen Blitz
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
und Sie sehen den Roboter hochspringen.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Das funktioniert ganz ohne
Leinen oder Drähte,
Leinen oder Drähte,
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
alles ist an Bord,
und sein Sprung ist die Reaktion
und sein Sprung ist die Reaktion
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
auf eine Schreibtischlampe,
die ein Student einschaltet.
die ein Student einschaltet.
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
Sie können sich all die Dinge vorstellen,
die wir mit so kleinen Robotern,
die wir mit so kleinen Robotern,
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
die laufen, kriechen, springen
und rollen, machen können.
und rollen, machen können.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Denken Sie an die Trümmer nach einer
Naturkatastrophe wie einem Erdbeben.
Naturkatastrophe wie einem Erdbeben.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
Stellen Sie sich vor, wie
diese kleinen Roboter
diese kleinen Roboter
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
in den Trümmern nach Überlebenden suchen.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Stellen Sie sich vor,
wie viele dieser kleinen Roboter
wie viele dieser kleinen Roboter
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
eine Brücke auf deren Sicherheit prüfen,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
um Einstürze wie diesen
vor Minneapolis im Jahr 2007 zu vermeiden.
vor Minneapolis im Jahr 2007 zu vermeiden.
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
Stellen Sie sich vor, was möglich wäre,
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
wenn kleine Roboter
durch Ihren Blutkreislauf schwimmen:
durch Ihren Blutkreislauf schwimmen:
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
"Die Fantastische Reise", 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
Man könnte operieren, ohne den Patienten
dafür aufschneiden zu müssen.
dafür aufschneiden zu müssen.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Wir könnten die Art ändern,
wie wir Dinge bauen,
wie wir Dinge bauen,
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
wenn winzige Roboter
wie Termiten arbeiten,
wie Termiten arbeiten,
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
die diese unglaublichen
8 Meter hohen Hügel bauen,
8 Meter hohen Hügel bauen,
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
gut gelüftete Wohnblöcke
für andere Termiten
für andere Termiten
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
in Afrika und Australien.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
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Ich denke, ich habe Ihnen gezeigt,
was wir mit diesen kleinen Robotern
alles tun können.
alles tun können.
05:51
of what we can do with these small robots.
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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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Wir haben bereits einige
Fortschritte gemacht,
Fortschritte gemacht,
doch es liegt noch ein weiter Weg vor uns.
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
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346561
2858
Ich hoffe, einige von Ihnen
werden dazu beitragen. Vielen Dank.
werden dazu beitragen. Vielen Dank.
06:01
Thanks very much.
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06:03
(Applause)
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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