TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Sarah Bergbreiter: Miért készítünk rizsszemnyi robotokat?
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
A rovarok, például a hangyák testének és mozgásának tanulmányozásával Sarah Bergbreiter és a csapata csúszómászók hihetetlenül erős és nagyon apró mechanikus változatait építi meg, majd rakétákkal egészíti ki. Nézzék a döbbenetes mikrorobotikai fejlesztéseiket, és halljanak három területről, ahol ezek a kicsi segítők használhatóak lesznek a jövőben.
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
A tanítványaimmal
nagyon apró robotokon dolgozunk.
nagyon apró robotokon dolgozunk.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Ezeket úgy képzelhetik,
mint a robotizált változatát
mint a robotizált változatát
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
egy mindenki által jól ismert állatnak:
a hangyának.
a hangyának.
Mindannyian tudjuk, hogy a hangyák
és más ilyen apró rovarok
és más ilyen apró rovarok
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
hihetetlen dolgokra képesek.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Mindenki látta már, amikor például
egy csoport hangya vagy hasonló,
egy csoport hangya vagy hasonló,
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
egy pikniken elcipel
egy darab sült krumplit.
egy darab sült krumplit.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
De melyek az igazi kihívások
ezeknek a hangyáknak a tervezésében?
ezeknek a hangyáknak a tervezésében?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Nos, először is, hogyan tudjuk kialakítani
egy hangya képességeit
egy hangya képességeit
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
egy hasonló méretű robotban?
Először is rá ki kell találnunk,
hogyan mozgathatjuk őket,
hogyan mozgathatjuk őket,
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
mikor olyan kicsik.
Szükségünk van olyan mechanizmusokra,
mint a lábak,
mint a lábak,
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
és hatékony motorokra
a mozgatásukhoz,
a mozgatásukhoz,
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
továbbá kellenek szenzorok,
áram és vezérlés,
áram és vezérlés,
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
hogy minden együtt legyen
egy kváziintelligens hangyányi robotban.
egy kváziintelligens hangyányi robotban.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
Végül, a teljes funkcionalitás érdekében
azt akarjuk,
azt akarjuk,
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
hogy tudjanak többen együtt dolgozni,
nagyobb feladatok elvégzése érdekében.
nagyobb feladatok elvégzése érdekében.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
A mozgékonysággal kezdeném.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
A rovarok csodálatosan jól mozognak.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
Ez egy videó a UC Berkeley-ről.
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
Bemutatja egy svábbogár mozgását
egy egyenetlen területen,
egy egyenetlen területen,
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
felborulás nélkül.
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
Azért képes erre, mert lábait
a hagyományosan robotkészítéshez használt
a hagyományosan robotkészítéshez használt
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
merev anyagok és puha anyagok
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
kombinációja alkotja.
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
Az ugrás egy másik nagyon érdekes módja a
jövés-menésnek, ha kicsik vagyunk.
jövés-menésnek, ha kicsik vagyunk.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Így ezek a rovarok rugókban tárolják az
energiát, és ezért tudnak igazán gyorsan
energiát, és ezért tudnak igazán gyorsan
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
nagy energiához jutni,
például a vízen ugráláshoz.
például a vízen ugráláshoz.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Így a laborom egyik legnagyobb eredménye
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
a merev és a puha anyagok összekötése volt
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
nagyon, nagyon kicsi szerkezetekben.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Ez az ugrószerkezet kb. 4 mm hosszú,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
így igazán apró.
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
Itt a kemény anyag a szilícium,
a puha anyag pedig szilikongumi.
a puha anyag pedig szilikongumi.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Az alapötlet az, hogy ezt összenyomjuk,
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
az energiát a rugókban tároljuk,
majd az ugráshoz elengedjük.
majd az ugráshoz elengedjük.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Így nincsenek motorok rajta,
emiatt most, nincs áram.
emiatt most, nincs áram.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Ezt a mozgatórendszert a laborban
úgy hívjuk, hogy
úgy hívjuk, hogy
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"doktorandusz csipesszel".
(Nevetés)
(Nevetés)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
Mint láthatják a következő videóban,
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
ez a fickó csodálatosan jól
hajtja végre ezt az ugrást.
hajtja végre ezt az ugrást.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Nos, ez itt Aaron, a szóban forgó
hallgató, a csipesszel,
hallgató, a csipesszel,
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
és mint látják, ez a 4 mm-es szerkezet
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
majdnem 40 cm magasra ugrik.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
Ez majdnem százszorosa a saját hosszának.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
És túléli az ugrálásokat az asztalon.
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
Hihetetlenül robusztus, és természetesen
életben marad, amíg el nem veszítjük,
életben marad, amíg el nem veszítjük,
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
mert ugyebár, nagyon apró.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Végső soron, majd motorokat is
akarunk szerelni bele,
akarunk szerelni bele,
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
így diákjaink a laborban milliméteres
motorokon is dolgoztak,
motorokon is dolgoztak,
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
amelyek végül beintegrálhatóak
ezekbe az apró autonóm robotokba.
ezekbe az apró autonóm robotokba.
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
Hogy megnézzük a mozgékonyságot és
helyváltoztatást ebben a mérettartományban,
helyváltoztatást ebben a mérettartományban,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
kicsit csalunk és mágnest használunk.
Itt látható, mi lenne végül is
egy mikrorobot lábának a része,
egy mikrorobot lábának a része,
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
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
és láthatják a szilikongumi ízületeket,
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
és ott van egy beágyazott mágnes,
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
amit egy külső mágneses mező mozgat.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Tehát ez vezet a robothoz,
amit korábban mutattam.
amit korábban mutattam.
Az igazán érdekes dolog, hogy
ez a robot segíthet nekünk megállapítani,
ez a robot segíthet nekünk megállapítani,
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
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
hogyan mozognak a rovarok ilyen méretnél.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
Egy jó modellünk van
minden mozgás tanulmányozására
minden mozgás tanulmányozására
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
a csótánytól az elefántig.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
Valamennyien ilyen ugrálósan mozgunk,
amikor futunk.
amikor futunk.
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
De amikor nagyon kicsi vagyok,
a lábaim és a föld közötti erők
a lábaim és a föld közötti erők
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
sokkal jobban befolyásolják
a mozgásomat, mint a tömegem,
a mozgásomat, mint a tömegem,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
és ez okozza azt az ugrálós mozgást.
Így ez a fickó még nem működik elég jól.
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
De vannak már kicsivel nagyobb változatok,
amelyek tényleg szaladgálnak.
amelyek tényleg szaladgálnak.
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
Nos ez egy kb. 1cm-es kocka,
1 cm hosszú egy oldala, tehát igen apró,
1 cm hosszú egy oldala, tehát igen apró,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
és rá tudtuk venni, hogy másodpercenként
kb. 10 testhossznyi,
kb. 10 testhossznyi,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
azaz 10 cm/s sebességgel fusson.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Ez elég gyors egy ilyen kis fickónak,
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
és ezt igazán csak
a tesztkörnyezetünk korlátozza.
a tesztkörnyezetünk korlátozza.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Azonban ez ad néhány ötletet,
hogyan működik ez most.
hogyan működik ez most.
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
Tudunk 3D-s nyomtatott változatokat is
készíteni, ezek akadályokon is átkelnek,
készíteni, ezek akadályokon is átkelnek,
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
a korábban látott csótányokhoz hasonlóan.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
De végső soron mindent
be akarunk építeni magába a robotba.
be akarunk építeni magába a robotba.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Egyszerre akarunk érzékelést, energiát,
vezérlést és mozgatást,
vezérlést és mozgatást,
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
és nem kell mindenhez
az ötletet a biológiából venni.
az ötletet a biológiából venni.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Ez a robot kb. akkora, mint egy 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
Ebben az esetben, a mágnesek és izmok
helyett a mozgatásához
helyett a mozgatásához
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
rakétákat használunk.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
Nos, ez egy mikromegmunkált
energiahordozó anyag,
energiahordozó anyag,
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
apró képpontokat tudunk készíteni belőle,
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
és egy ilyen képpontot el tudunk helyezni
ennek a robotnak a hasán.
ennek a robotnak a hasán.
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
Ez a robot ezután ugrani fog,
amikor erős fényt érzékel.
amikor erős fényt érzékel.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Ez a videó az egyik kedvencem.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
Itt látnak egy 300 mg-os robotot,
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
amint 8 cm magasra ugrik a levegőbe.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
A mérete mindössze 4 x 4 x 7 mm.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Látni fognak egy nagy villanást
az elején,
az elején,
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
amikor az energia felszabadul,
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
és a robot hánykolódik a levegőben.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Na, ez volt az a nagy villanás,
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
és láthatják, ahogy a robot felugrik
a levegőbe.
a levegőbe.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Nincsenek rajta zsinórok,
nincsenek vezetékek.
nincsenek vezetékek.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Minden bele van építve,
és már ugrik is,
és már ugrik is,
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
amikor a hallgató a mellette lévő
lámpát felvillantja.
lámpát felvillantja.
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
Azt hiszem, el tudják képzelni,
milyen új dolgokat, csinálhatunk
milyen új dolgokat, csinálhatunk
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
ilyen méretű, futni, mászni, ugrani
és forogni képes robotokkal.
és forogni képes robotokkal.
Képzeljék el egy természeti katasztrófa,
például egy földrengés utáni törmeléket.
például egy földrengés utáni törmeléket.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Képzeljék el ezeket a robotokat,
ahogy átnézik ezt a törmeléket,
ahogy átnézik ezt a törmeléket,
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
túlélőket keresve.
Vagy képzeljenek el sok kis robotot,
amelyek egy hídon szaladgálva
amelyek egy hídon szaladgálva
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
ellenőrzik és vizsgálják,
hogy az biztonságos-e,
hogy az biztonságos-e,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
és nem omlik össze önök alatt, mint ez
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
2007-ben, Minneapolis közelében.
Vagy csak képzeljék el,
hogy mit tehetnének,
hogy mit tehetnének,
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
ha lennének robotjaik, amelyek
tudnak úszni a vérükben.
tudnak úszni a vérükben.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
Ugye? "Fantasztikus utazás", 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
Vagy tudnának operálni anélkül,
hogy előtte fel kéne vágni önöket.
hogy előtte fel kéne vágni önöket.
Vagy gyökeresen tudnánk
változtatni az építkezéseken,
változtatni az építkezéseken,
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
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
ha lennének apró robotjaink, amelyek
ugyanúgy dolgoznak, mint a termeszek,
ugyanúgy dolgoznak, mint a termeszek,
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
és felépítik ezeket a hihetetlen,
nyolc méter magas halmokat,
nyolc méter magas halmokat,
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
hatékonyan és jól szellőztethető
lakóépületeket más termeszeknek
lakóépületeket más termeszeknek
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
Afrikában és Ausztráliában.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Azt hiszem, mutattam önöknek
néhány dolgot,
néhány dolgot,
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
hogy mi mindent lehet csinálni
kicsi robotokkal.
kicsi robotokkal.
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
Már eljutottunk valameddig,
de hosszú utat kell még bejárnunk,
de hosszú utat kell még bejárnunk,
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
és remélhetőleg önök közül is néhányan
majd hozzájárulnak
majd hozzájárulnak
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
a cél eléréséhez.
Nagyon köszönöm.
Nagyon köszönöm.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(Taps)
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