TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Sarah Bergbreiter: Waarom ik robots zo groot als een rijstkorrel maak
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
Door de bewegingspatronen en lichamen van insecten zoals mieren te bestuderen, bouwen Sarah Bergbreiter en haar team ongelofelijke stevige, kleine versies van deze kriebelende beestjes... en voegen daar nog eens raketten aan toe. Bekijk deze verbluffende ontwikkelingen in micro-robotica en kom meer te weten over de drie manieren waarop deze kleine hulpjes in de toekomst misschien gebruikt kunnen worden.
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
Mijn studenten en ik werken
aan hele kleine robots.
aan hele kleine robots.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Deze kun je zien als mechanische versies
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
van iets waar jullie allemaal
bekend mee zijn: een mier.
bekend mee zijn: een mier.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Iedereen weet dat mieren
en andere net zo grote insecten
en andere net zo grote insecten
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
in staat zijn tot ongelooflijke dingen.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Iedereen heeft al eens een groep mieren,
of iets soortgelijks,
of iets soortgelijks,
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
een frietje zien wegdragen
bij een picknick, bijvoorbeeld.
bij een picknick, bijvoorbeeld.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Maar wat zijn de echte uitdagingen
bij het ontwerp van deze mieren?
bij het ontwerp van deze mieren?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Ten eerste: hoe stoppen we
alle capaciteiten van een mier
alle capaciteiten van een mier
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
in een robot die even groot is?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
Eerst moeten we uitzoeken
hoe we ze gaan laten bewegen
hoe we ze gaan laten bewegen
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
als ze zo klein zijn.
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
Er zijn mechanismen als
poten en motoren nodig
poten en motoren nodig
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
om die voortbeweging te ondersteunen
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
en we hebben sensoren,
kracht en controle nodig
kracht en controle nodig
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
om alles samen te voegen tot
een semi-intelligente robotmier
een semi-intelligente robotmier
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
Ten slotte, om alles
functioneel te krijgen
functioneel te krijgen
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
willen we er veel bij elkaar hebben
om grotere taken te kunnen uitvoeren.
om grotere taken te kunnen uitvoeren.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Ik begin met beweeglijkheid.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Insecten bewegen zich ongelooflijk soepel.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
Deze video is van UC Berkeley.
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
Het laat een kakkerlak zien
die over ruig terrein loopt
die over ruig terrein loopt
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
zonder om te vallen.
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
Dit lukt omdat zijn poten gemaakt zijn
van een combinatie van hard materiaal,
van een combinatie van hard materiaal,
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
normaal gebruikt bij het maken van robots,
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
en zachte materialen.
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
Springen is een andere interessante manier
van voortbewegen als je klein bent.
van voortbewegen als je klein bent.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Deze insecten slaan energie op in
een veer en laten die supersnel vrij
een veer en laten die supersnel vrij
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
voor het hoge vermogen
dat ze nodig hebben
dat ze nodig hebben
om uit het water te kunnen springen.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Een van de grote bijdragen
uit mijn laboratorium
uit mijn laboratorium
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
is het combineren van
hard en zacht materiaal
hard en zacht materiaal
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
in piepkleine machines.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Dit 'machientje' is ongeveer
4 millimeter lang,
4 millimeter lang,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
dus heel erg klein.
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
Het harde materiaal is silicium en het
zachte materiaal is siliconenrubber.
zachte materiaal is siliconenrubber.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Het basisidee is dat we
het samendrukken,
het samendrukken,
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
energie in de veer opslaan
en loslaten voor de sprong.
en loslaten voor de sprong.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Nu nog zonder motor of stroom.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Het wordt aangedreven door
een methode die we in mijn lab
een methode die we in mijn lab
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"promovendus met pincet" noemen.
(Gelach)
(Gelach)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
In de volgende video zie je
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
dat dit kleintje het erg goed doet.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Dit is Aaron, de promovendus
in kwestie, met het pincet
in kwestie, met het pincet
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
en je ziet dat dit machientje
van 4 millimeter
van 4 millimeter
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
bijna 40 centimeter hoog springt.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
Dat is ongeveer 100 keer
zijn eigen lengte.
zijn eigen lengte.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
Het overleeft en stuitert op de tafel.
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
Het is erg stevig en overleeft prima
totdat we het kwijtraken
totdat we het kwijtraken
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
omdat het zo extreem klein is.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Uiteindelijk willen we er
ook motors aan toevoegen.
ook motors aan toevoegen.
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
Studenten in het lab
werken al aan millimetergrote motoren
werken al aan millimetergrote motoren
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
voor die kleine, autonome robots.
Om echter nu al op deze schaal
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
beweeglijkheid en voortbeweging
te simuleren,
te simuleren,
spelen we vals en gebruiken we magneten.
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
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
Dit laat iets zien dat uiteindelijk
deel wordt van een robotpoot.
deel wordt van een robotpoot.
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
Je ziet de siliconenrubberen gewrichten.
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
Een ingebouwde magneet
wordt aangedreven
wordt aangedreven
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
door een extern magnetisch veld.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Dit leidt tot de robot
die ik al eerder liet zien.
die ik al eerder liet zien.
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
Het interessante dat deze robot
ons kan helpen begrijpen
ons kan helpen begrijpen
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
is hoe insecten op deze schaal bewegen.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
We hebben een erg
goed beeld van hoe alles,
goed beeld van hoe alles,
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
van kakkerlak tot olifant, beweegt.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
We springen allemaal
een beetje als we rennen.
een beetje als we rennen.
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
Als ik heel klein ben,
zal mijn voortbeweging meer afhangen
zal mijn voortbeweging meer afhangen
van de krachten tussen mijn voeten
en de grond dan van mijn massa.
en de grond dan van mijn massa.
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
Vandaar die sprongbeweging.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Dit ventje werkt nog niet echt,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
maar we hebben al grotere
versies die rondrennen.
versies die rondrennen.
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
Dit is ongeveer een kubieke
centimeter, erg klein dus.
centimeter, erg klein dus.
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
Hij legt al 10 lichaamslengten
per seconde af
per seconde af
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
of 10 centimeter per seconde.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Dat is best snel voor een klein ventje
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
en dit is alleen beperkt
door onze testopstelling.
door onze testopstelling.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Dit geeft een idee van hoe
het momenteel werkt.
het momenteel werkt.
We kunnen ook 3D-geprinte versies maken
die over hindernissen kunnen klimmen,
die over hindernissen kunnen klimmen,
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
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
zoals de kakkerlak die
jullie eerder al zagen.
jullie eerder al zagen.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
Uiteindelijk willen we
alles in de robot krijgen.
alles in de robot krijgen.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
We willen sensoren, stroom,
besturing en aandrijving ineen.
besturing en aandrijving ineen.
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
Niet alles hoeft bio-gebaseerd te zijn.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Deze robot is net zo groot
als een Tic Tac.
als een 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
In dit geval gebruiken we geen magneten
of spieren voor de voortbeweging,
of spieren voor de voortbeweging,
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
maar raketten.
Dit is micro-gefabriceerd
materiaal met hoge energie-inhoud.
materiaal met hoge energie-inhoud.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
We kunnen er kleine pixels van maken
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
en ze op de buik van
de robot plaatsen
de robot plaatsen
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
waardoor hij gaat springen
als hij een lichtimpuls krijgt.
als hij een lichtimpuls krijgt.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Deze video is een van mijn favorieten.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
Dit is een robot van 300 milligram
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
die acht centimeter hoog springt.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
De robot is 4 x 4 x 7 millimeter groot.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
In het begin zie je een felle flits
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
waardoor het systeem reageert
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
en de robot door de lucht schiet.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Dat was de grote flits
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
en je ziet dat de robot gelanceerd wordt.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Dat allemaal zonder draden.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Alles zit in de robot en
die springt als reactie
die springt als reactie
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
op het licht van de bureaulamp
die door de student werd aangezet.
die door de student werd aangezet.
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
Je kan je misschien voorstellen welke
toffe dingen allemaal mogelijk zijn
toffe dingen allemaal mogelijk zijn
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
met robots op deze schaal die kunnen
rennen, kruipen, springen en rollen.
rennen, kruipen, springen en rollen.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Stel je de puinhoop voor
na een natuurramp als een aardbeving.
na een natuurramp als een aardbeving.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
Beeld je in dat deze kleine robots
in het puin op zoek gaan
naar overlevenden.
naar overlevenden.
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Stel je voor dat veel kleine robots
over een brug krioelen,
over een brug krioelen,
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
die brug checken en ze veilig kunnen maken
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
tegen instortingen
zoals deze bij Minneapolis in 2007.
zoals deze bij Minneapolis in 2007.
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
Of beeld je in wat je zou kunnen doen
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
met robots die door je bloed zwemmen.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
Te gek hè?
'Fantastic Voyage', Isaac Asimov.
'Fantastic Voyage', 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
Je kan geopereerd worden zonder
eerst opengesneden te hoeven worden.
eerst opengesneden te hoeven worden.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Of we kunnen onze manier van
bouwen radicaal veranderen
bouwen radicaal veranderen
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
als we kleine robots hebben die
werken net zoals termieten dat doen.
werken net zoals termieten dat doen.
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
Ze bouwen ongelooflijke torens
van 8 meter hoog.
van 8 meter hoog.
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
Net goed geventileerde flatgebouwen.
Je vindt ze in Afrika en Australië.
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Ik denk dat ik enkele
mogelijkheden heb getoond
mogelijkheden heb getoond
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
van wat we allemaal kunnen
met deze kleine robots.
met deze kleine robots.
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
Tot nu toe hebben we redelijke vooruitgang
geboekt, maar nog lang niet voldoende,
geboekt, maar nog lang niet voldoende,
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
en hopelijk kunnen enkelen
van jullie daaraan meewerken.
van jullie daaraan meewerken.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
Heel erg bedankt.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(Applaus)
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