TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Сара Бергбрайтер: Почему я создаю роботов размером с рисовое зёрнышко
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
Изучая движение и тела насекомых, таких как муравьи, Сара Бергбрайтер и её команда создают невероятно крепкие крохотные механические версии ползающих насекомых... а затем встраивают в них ракеты. Посмотрите на их невероятные разработки в микророботехнике и послушайте о трёх способах использования этих маленьких помощников в будущем.
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
Мои студенты и я работаем над созданием
крохотных роботов.
крохотных роботов.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Вы можете представить их
как роботизированную версию того,
как роботизированную версию того,
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
с чем вы очень хорошо знакомы, —
муравья.
муравья.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Мы все знаем, что муравьи
и другие насекомые такого размера
и другие насекомые такого размера
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
могут делать что-то
совершенно невероятное.
совершенно невероятное.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Мы все видели группу муравьёв
или нечто подобное,
или нечто подобное,
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
уносящую картофельные чипсы
на пикнике, например.
на пикнике, например.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Но каковы реальные трудности
в разработке таких муравьёв?
в разработке таких муравьёв?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
В первую очередь, как у нас появляется
возможность создания
возможность создания
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
роботизированного муравья
такого же размера?
такого же размера?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
Для начала нам нужно понять,
как заставить их двигаться
как заставить их двигаться
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
при таких маленьких размерах.
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
Нужны механизмы, такие, как ноги,
и достаточно мощные моторы,
и достаточно мощные моторы,
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
чтобы поддерживать передвижение.
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
Нужны датчики, питание и управление,
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
чтобы соединить всё вместе
в полуинтеллектуальном роботе-муравье.
в полуинтеллектуальном роботе-муравье.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
И, наконец, чтобы действительно
создать из этого нечто полезное,
создать из этого нечто полезное,
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
нам нужно, чтобы много их работало вместе
для реализации более важных вещей.
для реализации более важных вещей.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Я начну с подвижности.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Насекомые передвигаются
удивительно хорошо.
удивительно хорошо.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
Это видео из Университета Калифорнии
в Беркли
в Беркли
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
показывает таракана, передвигающегося
по очень неровной поверхности,
по очень неровной поверхности,
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
при этом не переворачиваясь.
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
Он способен делать это,
потому что его конечности
потому что его конечности
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
являются сочетанием жёстких материалов,
обычно используемых в создании роботов,
обычно используемых в создании роботов,
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
и мягких материалов.
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
Прыжки — это ещё один интересный способ
передвижения маленьких насекомых.
передвижения маленьких насекомых.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Эти насекомые хранят энергию в пружинных
механизмах и быстро высвобождают её,
механизмах и быстро высвобождают её,
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
чтобы получить высокую мощность
для совершения прыжка из воды, например.
для совершения прыжка из воды, например.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Одним из крупных вкладов
моей лаборатории
моей лаборатории
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
было объединение жёстких
и мягких материалов
и мягких материалов
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
в очень, очень маленьких механизмах.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Размер этого прыгающего механизма
примерно 4 миллиметра —
примерно 4 миллиметра —
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
действительно крошечный.
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
Твёрдый материал здесь кремний,
а мягкий — силиконовый каучук.
а мягкий — силиконовый каучук.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Основной идеей является то,
чтобы сжать его,
чтобы сжать его,
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
сохранить энергию в пружинах,
а затем высвободить для прыжка.
а затем высвободить для прыжка.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Таким образом, там пока нет моторов,
нет питания.
нет питания.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Всё приводится в действие методом,
который мы в лаборатории называем
который мы в лаборатории называем
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
«аспирант с пинцетом».
(Смех)
(Смех)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
В следующем видео вы увидите,
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
как этот малыш преуспевает в прыжках.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Это Ааарон, аспирант,
о котором идёт речь, с пинцетом.
о котором идёт речь, с пинцетом.
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
Вы видите,
как этот четырёхмиллиметровый механизм
как этот четырёхмиллиметровый механизм
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
прыгает почти на 40 см в высоту.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
Это почти в 100 раз превышает его длину.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
И он не ломается,
он отскакивает от стола.
он отскакивает от стола.
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
Он невероятно крепок
и достаточно надёжно работает до тех пор,
и достаточно надёжно работает до тех пор,
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
пока мы его не потеряем,
потому что он очень маленький.
потому что он очень маленький.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
В перспективе всё равно
мы хотим добавить к нему мотор,
мы хотим добавить к нему мотор,
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
и у нас есть студенты в лаборатории,
работающие с миллиметровыми моторами,
работающие с миллиметровыми моторами,
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
чтобы в итоге интегрировать их
в маленьких, автономных роботов.
в маленьких, автономных роботов.
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
Но, чтобы увидеть подвижность
и перемещение в таком масштабе,
и перемещение в таком масштабе,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
мы прибегаем к хитрости
и используем магниты.
и используем магниты.
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
Здесь показано, что в итоге
станет частью конечности микроробота:
станет частью конечности микроробота:
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
можно увидеть суставы
из силиконового каучука,
из силиконового каучука,
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
внутри которых встроен магнит,
перемещающийся под воздействием
перемещающийся под воздействием
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
внешнего магнитного поля.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Вот так получается робот,
которого я показала вам ранее.
которого я показала вам ранее.
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
Крайне интересно то, что этот робот
может помочь нам понять,
может помочь нам понять,
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
как насекомые передвигаются
в таком масштабе.
в таком масштабе.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
У нас есть очень хорошая модель того,
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
как двигаются все — от таракана до слона.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
Мы все двигаемся немного подпрыгивая,
когда бежим.
когда бежим.
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
Но, если я очень маленького размера,
то силы между ногами и землёй
то силы между ногами и землёй
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
повлияют на моё передвижение
гораздо сильнее, чем моя масса,
гораздо сильнее, чем моя масса,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
что и вызывает подпрыгивающее движение.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Вот этот малыш ещё не совсем работает,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
но у нас есть чуть более крупные
экземпляры, которые умеют бегать.
экземпляры, которые умеют бегать.
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
Вот этот, размером с кубический сантиметр,
совсем маленький,
совсем маленький,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
и нам удалось заставить его пробега́ть
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
почти по 10 см в секунду.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Это достаточно быстро
для маленького робота
для маленького робота
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
и пока ограничивается
только нашими тестовыми установками.
только нашими тестовыми установками.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Это даёт вам представление о том,
как сейчас работают такие роботы.
как сейчас работают такие роботы.
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
Мы также можем создавать 3D-печатные
версии роботов, которые могут
версии роботов, которые могут
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
преодолевать препятствия почти как тараканы,
которых вы видели ранее.
которых вы видели ранее.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
В конечном итоге мы хотим добавить
все функции роботам:
все функции роботам:
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
чувствительность, мощность, управление,
приведение в действие — всё вместе.
приведение в действие — всё вместе.
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
При этом не всё должно быть основано
на биологии.
на биологии.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Этот робот размером примерно с «Тик-Так».
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
В его случае вместо магнитов или мышц
для движения
для движения
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
мы используем ракеты.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
Это микроизготовленный
энергетический материал.
энергетический материал.
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
Мы можем создать крошечные элементы
этого материала
этого материала
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
и поместить один из них
на брюшко робота.
на брюшко робота.
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
Впоследствии этот робот совершит прыжок,
когда почувствует повышение освещённости.
когда почувствует повышение освещённости.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Следующее видео — одно из моих любимых.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
Вот этот 300-милиграммовый робот
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
подпрыгивает в воздух на 8 см.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
Его размер всего 4х4х7 мм.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Вначале вы увидите большую вспышку,
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
когда взрывается энергетический материал.
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
А затем робот кружится в воздухе.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Вот произошла вспышка,
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
и вы видите,
как робот подпрыгивает в воздух.
как робот подпрыгивает в воздух.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
К нему не привязаны тросы,
не подсоединены провода.
не подсоединены провода.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Всё встроено,
и робот подпрыгнул из-за того,
и робот подпрыгнул из-за того,
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
что студент просто зажёг
настольную ламу рядом с ним.
настольную ламу рядом с ним.
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
Я думаю, вы можете представить все
невероятные вещи, которые можно делать
невероятные вещи, которые можно делать
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
с роботами, способными ползать, вращаться,
бегать, прыгать в масштабе таких размеров.
бегать, прыгать в масштабе таких размеров.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Представьте обломки после стихийного
бедствия, такого как землетрясение.
бедствия, такого как землетрясение.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
И представьте маленьких роботов,
бегающих по этим обломкам
бегающих по этим обломкам
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
в поисках выживших.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Или представьте кучу маленьких роботов,
бегающих вдоль моста,
бегающих вдоль моста,
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
чтобы изучить его
и убедиться в его безопасности,
и убедиться в его безопасности,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
чтобы не происходили такие обрушения,
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
как это, случившееся за пределами
Миннеаполиса в 2007 году.
Миннеаполиса в 2007 году.
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
Представьте,
что можно было бы сделать,
что можно было бы сделать,
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
если бы у нас были роботы,
способные передвигаться в кровеносных сосудах.
способные передвигаться в кровеносных сосудах.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
Прямо «Фантастическое путешествие»
Айзека Азимова.
Айзека Азимова.
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
Врачи могли бы оперировать,
не делая привычных надрезов.
не делая привычных надрезов.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Или же мы в корне могли бы изменить
подход к строительству,
подход к строительству,
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
если бы наши крохотные роботы
работали так же, как это делают термиты.
работали так же, как это делают термиты.
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
Они строят эти невероятные
восьмиметровые холмы —
восьмиметровые холмы —
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
прекрасно вентилируемые многоквартирные
дома для других термитов
дома для других термитов
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
в Африке и Австралии.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Так что, я думаю, что дала вам
примеры того,
примеры того,
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
что мы можем делать при помощи
этих маленьких роботов.
этих маленьких роботов.
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
Мы уже достигли некоторых успехов,
но ещё предстоит пройти долгий путь,
но ещё предстоит пройти долгий путь,
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
и я надеюсь, что кто-то из вас
сможет внести свой вклад в это дело.
сможет внести свой вклад в это дело.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
Спасибо большое.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(Аплодисменты)
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