TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
שרה ברגברייטר: מדוע אני יוצרת רובוטים בגודל של גרגר אורז
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
על ידי חקר התנועה של גופי חרקים כמו נמלים, שרה ברגברייטר והצוות שלה בונים גרסאות מכאניות סופר קטנות ועמידות להפליא של חרקים... ואז הם מוסיפים טילים. צפו בהתפתחות משמיטת הלסת שלהם במיקרו רובוטיקה, ושמעו על שלוש דרכים בהן אולי נשתמש בעוזרים הקטנים האלה בעתיד.
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
תלמידים שלי ואני עובדים
עם רובוטים ממש זעירים.
עם רובוטים ממש זעירים.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
עכשיו, אתם יכולים לחשוב
על אלה כגרסאות רובוטיות
על אלה כגרסאות רובוטיות
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
למשהו שמוכר לכולכם: נמלה.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
כולנו יודעים שנמלים וחרקים אחרים
בקנה המידה הזה
בקנה המידה הזה
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
יכולים לעשות דברים מדהימים.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
כולנו ראינו קבוצות של נמלים,
או גרסה כלשהי של זה,
או גרסה כלשהי של זה,
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
נושאים צי'פס בפיקניק, לדוגמה.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
אבל מהם האתגרים האמיתיים
בהנדסת הנמלים האלה?
בהנדסת הנמלים האלה?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
ובכן, ראשית, איך אנחנו משיגים
את היכולות של נמלה
את היכולות של נמלה
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
ברובוט באותו קנה מידה?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
ובכן, ראשית אנחנו צריכים
להבין איך לגרום להם לנוע
להבין איך לגרום להם לנוע
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
כשהם כל כך קטנים.
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
אנחנו צריכים מנגנונים
כמו רגליים ומנועים יעילים
כמו רגליים ומנועים יעילים
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
כדי לתמוך בתנועה הזו,
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
ואנחנו צריכים חיישנים, כוח ושליטה
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
בכדי להצליח לעשות את הכל יחד
ברובוט נמלה חצי אינטיליגנטי.
ברובוט נמלה חצי אינטיליגנטי.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
ולבסוף, כדי לעשות את הדברים
האלה באמת פעילים,
האלה באמת פעילים,
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
אנחנו צריכים הרבה מעם
שעובדים יחד כדי לעשות דברים גדולים יותר.
שעובדים יחד כדי לעשות דברים גדולים יותר.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
אז אני אתחיל בתנועה.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
חרקים נעים ממש טוב.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
הסרטון הזה מאוניברסיטת ברקלי.
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
הוא מראה מקק נע על פני שטח ממש קשים
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
בלי ליפול,
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
והוא מסוגל לעשות את זה בגלל
שהרגלים שלו הן שילוב של חומרים קשיחים,
שהרגלים שלו הן שילוב של חומרים קשיחים,
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
בהם אנחנו משתמשים באופן מסורתי ברובוטים,
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
וחומרים רכים.
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
קפיצה היא עוד דרך ממש מעניינת
להסתובב כשאתם ממש קטנים.
להסתובב כשאתם ממש קטנים.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
אז החרקים האלה אוגרים אנרגיה
בקפיץ ומשחררים אותה ממש מהר
בקפיץ ומשחררים אותה ממש מהר
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
כדי לקבל את הכוח החזק
שהם צריכים כדי לקפוץ מהמים, לדוגמה.
שהם צריכים כדי לקפוץ מהמים, לדוגמה.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
אז אחת התרומות הגדולות מהמעבדה שלי
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
היתה לשלב חומרים קשיחים ורכים
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
במנגנונים ממש ממש קטנים.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
אז המנגנון הקופץ הזה הוא ברוחב
של בערך ארבעה מילימטר,
של בערך ארבעה מילימטר,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
אז ממש זעיר.
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
החומר הקשיח פה הוא סיליקון,
והחומר הרך הוא גומי סיליקון.
והחומר הרך הוא גומי סיליקון.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
והרעיון הבסיסי הוא שאנחנו נדחוס את זה,
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
נאגור אנרגיה בקפיצים, ואז
נשחרר אותה כדי לקפוץ.
נשחרר אותה כדי לקפוץ.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
אז אין מנועים עליו כרגע, אין כוח.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
זה מונע למעשה עם שיטה שנקראת במעבדה שלנו
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"סטודנט לתואר שני עם מלקחיים." (צחוק)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
אז מה שתראו בסרטון הבא
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
זה הבחור הזה שמצליח ממש טוב בקפיצות שלו.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
אז זה ארון, הסטודנט לתואר שני המדובר,
עם מלקחיים,
עם מלקחיים,
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
ומה שאתם רואים זה את המנגנון
באורך ארבעה מילימטר פה
באורך ארבעה מילימטר פה
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
קופץ לגובה של כמעט 40 סנטימטר.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
זה כמעט פי 100 מהאורך שלו.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
והוא שורד, קופץ על השולחן,
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
הוא מאוד עמיד, וכמבן שרד ממש טוב
עד שאיבדנו אותו
עד שאיבדנו אותו
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
מפני שהוא כל כך זעיר.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
בסופו של דבר, אנחנו רוצים
להוסיף לזה גם מנועים,
להוסיף לזה גם מנועים,
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
ויש לנו סטודנטים במעבדה
שעובדים על מנועים בגודל מילימטר
שעובדים על מנועים בגודל מילימטר
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
שנוכל לבסוף לשלב לתוך
רובוטים זעירים אוטונומים.
רובוטים זעירים אוטונומים.
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
אבל כדי להביט בתנועתיות
ותנועה בקנה המידה הזה,
ותנועה בקנה המידה הזה,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
אנחנו מרמים ומשתמשים במגנטים.
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
אז זה מראה מה יהיה לבסוף
חלק מרגל של מיקרו רובוט.
חלק מרגל של מיקרו רובוט.
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
ואתם יכולים לראות את מפרקי גומי הסיליקון
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
ויש מגנט מוטמע שנע
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
על ידי שדה מגנטי חיצוני.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
אז זה מוביל לרובוט שהראתי לכם מוקדם יותר.
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
הדבר הבאמת מעניין שהרובוט הזה
יכול לעזור להבין
יכול לעזור להבין
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
זה איך חרקים נעים בקנה המידה הזה.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
יש לנו מודל טוב של איך הכל
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
ממקקים על לפילים נעים.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
כולנו נעים בסוג של דרך
קופצנית כשאנחנו רצים.
קופצנית כשאנחנו רצים.
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
אבל כשאני ממש קטן,
הכוחות בין הרגלים שלי והקרקע
הכוחות בין הרגלים שלי והקרקע
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
ישפיעו על התנועה שלי הרבה יותר מהמאסה שלי,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
שזה מה שגורם לתנועה הקופצנית.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
אז הבחור הזה לא עובד עדיין,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
אבל יש לנו גרסה מעט גדולה יותר
שכן מתרוצצת.
שכן מתרוצצת.
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
אז זו בערך סנטימטר מרובע,
סנטימטר בצד, אז מאוד קטנה,
סנטימטר בצד, אז מאוד קטנה,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
וגרמנו לה לרוץ בערך 10 אורכי גוף בשניה,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
אז 10 סנטימטר בשניה.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
זה די מהיר לבחור קטן,
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
וזה באמת מוגבל רק על ידי ציוד הניסוי שלנו.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
אבל זה נותן לכם רעיון
על איך הוא עובד עכשיו.
על איך הוא עובד עכשיו.
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
אנחנו יכולים גם ליצור גרסאות מודפסות
בתלת מימד של זה שיכולות לטפס על מכשולים,
בתלת מימד של זה שיכולות לטפס על מכשולים,
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
ממש כמו המקקים שראיתם קודם לכן.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
אבל בסופו של דבר אנחנו רוצים
להוסיף הכל על הרובוט.
להוסיף הכל על הרובוט.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
אנחנו רוצים חישה, כוח, שליטה,
ופעולה כולם יחד,
ופעולה כולם יחד,
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
ולא הכל צריך לקבל השראה מהביולוגיה.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
אז הרובוט הזה הוא בערך בגודל של טיק טק.
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
ובמקרה הזה, במקום מגנטים
או שרירים כדי לנוע,
או שרירים כדי לנוע,
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
אנחנו משתמשים בטילים.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
אז זה חומר אנרגטי במיקרו יצור,
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
ואנחנו יכולים ליצור פיקסלים זעירים של זה,
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
ואנחנו יכולים לשים את אחד הפיקסלים האלה
על בטן הרובוט,
על בטן הרובוט,
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
והרובוט הזה, אז, יקפוץ
כשהוא חש התגברות באור.
כשהוא חש התגברות באור.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
אז הסרטון הבא הוא אחד האהובים עלי.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
יש יש רובוט ששוקל 300 מיליגרם
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
קופץ לגובה של בערך שמונה סנטימטרים,
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
והוא בגודל של רק ארבעה על ארבעה
על שבעה מילימטרים.
על שבעה מילימטרים.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
ואתם תראו פלאש גדול בהתחלה
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
כשהאנרגיה מתפרצת,
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
והרובוט מסתובב באויר.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
אז הנה הפלאש הגדול הזה,
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
ואתם יכולים לראות את הרובוט קופץ באויר.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
אז אין חוטים עליו,
ללא חוטים שמחברים אותו.
ללא חוטים שמחברים אותו.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
הכל עליו, והוא קופץ כתגובה
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
לסטודנט שרק מדליק מנורת שולחן לידו.
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
אז אני חושבת שאתם יכולים לדמיין
את כל הדברים המגניבים שנוכל לעשות
את כל הדברים המגניבים שנוכל לעשות
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
עם רובוטים שיכולם לרוץ ולזחול
ולקפוץ ולהתגלגל בקנה מידה כזה.
ולקפוץ ולהתגלגל בקנה מידה כזה.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
דמיינו את הר החורבות שאתם מקבלים
אחרי אסון טבע כמו רעידת אדמה.
אחרי אסון טבע כמו רעידת אדמה.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
דמיינו את הרובוטים הזעירים האלה
רצים דרך ההריסות
רצים דרך ההריסות
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
כדי לחפש ניצולים.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
או דמיינו הרבה רובוטים קטנים רצים על גשר
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
כדי לבחון אותו ולוודא שהוא בטוח
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
כך שלא יהיו לכם התמוטטויות כאלה,
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
שהתרחשה מחוץ למיניאפוליס ב 2007,
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
או רק דמיינו מה הייתם יכולים לעשות
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
אם היה לכם רובוט שיכול לשחות דרך הדם שלכם.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
נכון? "המסע המופלא," אייזק אסימוב.
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
או שהם יוכלו לנתח בלי לחתוך אתכם מהתחלה.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
או שנוכל לשנות באופן רדיקלי
את הדרך בה אנחנו בונים דברים
את הדרך בה אנחנו בונים דברים
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
אם היו לנו את הרובוטים הזעירים שלנו
שיעבדו כמו טרמיטים,
שיעבדו כמו טרמיטים,
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
והם יבנו את התלים המדהימ האלה
בגובה שמונה מטרים,
בגובה שמונה מטרים,
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
באופן אפקטיבי בנייני דירות
מאווררים היטב לטרמיטים
מאווררים היטב לטרמיטים
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
באפריקה ואוסטרליה.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
אז אני חושבת שנתתי לכם כמה אפשרויות
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
למה אנחנו יכולים לעשות עם
הרובוטים הקטנים האלה.
הרובוטים הקטנים האלה.
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
ועשינו כמה התקדמויות אבל יש
עוד דרך ארוכה לעבור,
עוד דרך ארוכה לעבור,
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
ובתקווה כמה מכם תוכלו לתרום ליעד הזה.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
תודה רבה לכם.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(מחיאות כפיים)
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