TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
سارا برگبریتر: چرا ربات هایی به اندازه یک دانه برنج ساختم
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
با مطالعه حرکت و بدن حشراتی مانند مورچه‌ها، سارا برگبریتر و تیم‌اش رباتهای فوق العاده قوی، و بسیارکوچک با نسخه‌ی مکانیکی سینه خیز رفتن را ساختند. و سپس موشک را به آنها اضافه کردند. به این ساخت این میکرو رباتیک ها نگاه کنید، و در مورد سه روشی که ممکن است آنها بتوانند در آینده به ما کمک کنند بشنوید.
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
من و دانشجویانم روی ربات های خیلی کوچک کار می کنیم.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
حالا شما می توانید به این ها به عنوان مدل های رباتی فکر کنید
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
که همه شما با آنها آشنا هستید: مورچه
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
همه ما می دانیم که مورچه ها و دیگر حشرات این اندازه ای
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
می توانند کارهای فوق العاده ای انجام دهند.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
همه ما گروهی از مورچه ها یا چیزی شبیه آن را دیده ایم که
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
مثلا چیپس سیب زمینی شما را در زمان پیک نیک رفتن با خود ببرند.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
ولی چالش اصلی طراحی این مورچه ها چیست؟
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
اول از همه ما چطور باید توانایی‌های یک مورچه را
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
در یک ربات با همین اندازه قرار دهیم؟
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
خوب ابتدا باید متوجه شویم چطور آنها را حرکت دهیم
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
آنهم وقتی که خیلی کوچک هستند.
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
ما به مکانیزم هایی مثل پا و موتورهای موثر برای
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
پشتیبانی از حرکت آنها نیاز داریم،
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
و همینطور به سنسورها و قدرت و کنترل
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
تا همه چیز را در یک ربات مورچه نیمه هوشمند قرار دهیم.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
و در آخر برای کاربردی کردن همه این چیزها
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
می خواهیم همه آنها با هم کار کنند تا کارهای بزرگتری انجام دهند.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
خوب ابتدا با تحرک شروع می کنیم.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
حشرات خیلی خوب حرکت می کنند.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
این ویدیو از دانشگاه یوسی برکلی است.
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
نشان می دهد که یک سوسک روی زمین خیلی سخت حرکت می کند،
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
بدون این که سُر بخورد،
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
و این توانایی به خاطر پاهای اوست که ترکیبی از مواد سفت و محکم است،
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
همان چیزی است که معمولابرای ساخت ربات ها استفاده می کنیم،
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
و البته مواد نرم.
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
وقتی شما خیلی کوچک هستید، پریدن یکی دیگر از راه های جذاب حرکت است.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
این حشرات انرژی را در یک فنر ذخیره می کنند و آن را به سرعت رها می کنند
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
تا انرژی زیادی که لازم دارند را به دست آورند، مثل از آب بیرون پریدن.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
خوب یکی از بزرگترین دستاوردهای آزمایشگاه مان
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
این بوده که مواد سخت و نرم را
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
در مکانیزم های خیلی خیلی کوچک ترکیب کرده ایم.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
این مکانیزم پریدن در حدود چهار میلی متر در یک طرف است،
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
پس واقعا خیلی کوچک است.
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
ماده سخت در اینجا سیلیکون و ماده نرم لاستیک سیلیکون است.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
و ایده اولیه این هست که میخواهیم این را فشرده کنیم،
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
انرژی را در فنرها ذخیره کنیم و یکهو آن را برای پریدن رها کنیم.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
خب تا الان هیچ موتوری و هیچ انرژی وجود ندارد.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
با یک روشی به کار انداخته می شود که در آزمایشگاه ام آن را
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
-دانشجوی فارغ التحصیل انبر به دست- می نامیم.
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
چیزی که در ویدیو بعدی خواهید دید
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
این موجوی است که پرش های ربات را خیلی خوب انجام می دهد.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
این آرون است، همان فارغ التحصیل انبر به دست مورد نظر.
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
و این چیزی که می بینید مکانیزم چهار میلی متری است
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
که ۴۰ سانتی متر پرش می کند.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
تقریبا ۱۰۰ برابر طول خود آن است.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
و نجات می یابد و روی میز جهش می کند.
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
بسیار قوی است و خیلی خوب نجات می یابد تا وقتی آن را گم کنیم.
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
چون خیلی ریز است.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
نهایتا می خواهیم به آن موتور نیز اضافه کنیم،
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
و دانشجویانی در آزمایشگاه داریم که روی موتورهای میلی متری کار می کنند
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
تا در آخر داخل ربات های کوچک و خودکار قرار گیرند.
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
ولی برای دیدن حرکت و جابجایی به این کوچکی
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
ما تقلب میکنیم و از آهن ربا استفاده می کنیم.
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
و این چیزی است که نهایتا قسمتی از پای یک ربات کوچک خواهد بود،
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
و شما می توانید مفاصل پلاستیکی سیلیکون را ببینید
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
و یک آهن ربای جاسازی شده وجود دارد که در حال حرکت است
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
با استفاده از یک میدان مغناطیسی خارجی.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
پس این ما را به سمت رباتی که قبل تر نشان دادم هدایت می کند.
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
بسیار جالب است که این ربات می تواند به ما کمک کند متوجه شویم
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
چطور حشرات با این اندازه حرکت می کنند.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
یک مدل خیلی خوب درباره حرکت همه چیز
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
از سوسک ها تا فیل‌ها را داریم.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
همه ما وقتی می دویم یک حالت جهشی داریم.
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
اما وقتی من خیلی کوچک هستم نیروی بین پای من و زمین
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
بیشتر از حجم من روی حرکتم تاثیر می گذارد،
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
که باعث حرکت جهشی می شود.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
پس این هنوز خیلی خوب کار نمی کند،
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
ولی مدل های نسبتا بزرگتری داریم که واقعا می دوند.
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
و این با حدود یک سانتی متر مکعب در یک طرف قرار دارد. واقعا کوچک است.
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
ما توانستیم به حرکت ۱۰ برابر طول بدنش در ثانیه برسیم،
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
که ۱۰ ساتیمتر در ثانیه هست.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
برای این موجود کوچک، واقعا سریع هست،
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
و با تنظیمی که ما کردیم این تنها محدویت آن هست.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
اما به شما ایده‌هایی درمورد چگونگی کار کردش می دهد.
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
همچنین می تونیم نسخه چاپ‌سه بعدی آن را
درست کنیم که بتواند از موانع بالا رود،
درست کنیم که بتواند از موانع بالا رود،
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
خیلی شبیه سوسکی که در ابتدا دیدید.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
اما در نهایت میخواهیم همه چیز را در این ربات قرار دهیم.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
ما سنسور( سنجش)، قدرت، کنترل، و حرکت همه را با همه میخواهیم،
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
لازم نیست همه چیز الهام گرفته از زیست‌شناسی باشد.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
این ربات به اندازه یک تیک تک هست.( نوعی آبنبات ریز)
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
در این مورد، به جای آهنربا
یا عضلات که این را به حرکت وا دارد،
یا عضلات که این را به حرکت وا دارد،
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
ما از موشک استفاده کردیم.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
خب این مواد دارای انرژی در ابعاد میکرونی هستند،
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
و میتوانیم پیکسل‌های بسیار ریزی از آنها بسازیم،
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
و می توانیم یکی از این پیکسل‌ها را در شکم این ربات جا دهیم،
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
و هنگامی که نور افزایش می یابد، می تواند بپرد.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
خوب ویديو بعدی یکی از مورد علاقه ترین های من هست.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
شما این ربات ۳۰۰ میلی گرم را دارید
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
که حدود ۸ میلیمتر در هوا پرواز می‌کند.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
تنها چهار در چهار در هفت میلیمتر است.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
در ابتدا فلش بزرگی را می بینید
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
هنگامی که انرژی تخلیه می شود،
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
و ربات در هوا چرخ می زند.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
خب فلش به این بزرگی بود،
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
و شما می‌توانید ربات را ببینید که در هوا پرواز می کند.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
خب هیچ سیم یا بندی( برای محدود کرن ) در آن نیست.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
همه چیز در آن هست،
و در مقابل حرکت
و در مقابل حرکت
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
انگشت یک دانشجو در مقابل چراغ
بر روی میز واکنش نشان می دهد.
بر روی میز واکنش نشان می دهد.
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
خب فکر می کنم شما می توانید تمامی
کارهای جالبی که ما با این رباتها بکنیم
کارهای جالبی که ما با این رباتها بکنیم
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
این که در این اندازه می توانند بدوند، سینه خیز بروند، بپرند
و غلت بزنند را تصور کنید.
و غلت بزنند را تصور کنید.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
ویرانی که بعد از یک فاجعه طبیعی
مانند زلزله ایجاد می‌شود را تصور کنید.
مانند زلزله ایجاد می‌شود را تصور کنید.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
و رباتهای کوچکی که برای یافتن بازماندگان
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
به طرف ویرانیهای حر کت می کنند را تصورکنید.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
یا شماری زیادی از رباتهای کوچک که در اطراف یک پل در حرکتند
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
تا با بازرسی از آن مطمئن شوند که ایمن هست،
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
و هنگامی که روی آن هستید، فرو نمی ریزد،
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
مانند اتفاقی که در سال ۲۰۰۷ در بیرون شهر مینیاپولیس افتاد.
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
یا تصور کنید که چه کاری می توانید کنید
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
اگر رباتی بتواند در بدن شما از طریق خون‌تان شنا کند.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
درسته؟" سفری خارق العاده هست"ایزاک آسیموف.
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
یا اینکه آنها بتوانند عمل جراحی را بدون بازکردن محل انجام دهند.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
یا اینکه ما میتوانیم اساسا روش ساخت چیزها را تغییر دهیم
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
اگر رباتهای کوچک مان به
همان شیوه که موریانه انجام دهید کار را انجام دهند،
همان شیوه که موریانه انجام دهید کار را انجام دهند،
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
و آنها یک کوه هشت متری باورنکردنی را ساختند،
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
آپارتمانی با تهویه خوب برای دیگر موریانه‌ها
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
در آفریقا و استرالیا.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
خب فکر می‌کنم به شما آنچه که ما
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
میتوانیم با این رباتهای کوچک انجام دهیم را نشان دادم.
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
ما تعدادی را نیز بصورت پیشرفته ساخته ایم،
ولی هنوز راه طولانی در پیش داریم،
ولی هنوز راه طولانی در پیش داریم،
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
و امیدوارم که برخی از شما بتوانید با ما از راه دور همکاری کند.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
بسیار سپاسگزارم.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(تشویق تماشاگران)
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