TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Сара Берґбрейтер: Чому я створюю роботів завбільшки з рисове зернятко
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
Вивчаючи пересування та частини тіла комах, зокрема мурах, Сара Берґбрейтер та її команда створили неймовірно міцні, супермініатюрні, механічні версії моторошних повзучих комах... і додали ракети. Погляньте на їхню приголомшливу еволюцію в мікророботів та дізнайтесь про три шляхи можливого використання цих маленьких помічників в майбутньому.
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
Ми з моїми студентами
працюємо над дуже крихітними роботами.
працюємо над дуже крихітними роботами.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Можете розглянути це
як роботичну версію
як роботичну версію
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
чогось вам дуже
знайомого: мурахи.
знайомого: мурахи.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Всі знають, що навіть мурахи
та інші комахи таких розмірів
та інші комахи таких розмірів
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
можуть робити неймовірні речі.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Ми всі бачили, як групка мурах
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
несе вашу картопляну чіпсу
на пікніку, наприклад.
на пікніку, наприклад.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Що дійсно є проблемою
у проектуванні цих мурах?
у проектуванні цих мурах?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Перш за все, як ми перенесемо
властивості мурахи
властивості мурахи
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
на робота тих же самих розмірів?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
По-перше, нам потрібно з'ясувати,
як змусити їх рухатися,
як змусити їх рухатися,
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
коли вони такі малі.
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
Нам потрібні механізми ніг
та ефективні мотори,
та ефективні мотори,
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
щоб забезпечити пересування,
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
і нам потрібні сенсори,
живлення та контроль,
живлення та контроль,
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
щоб поєднати все це
в автоматизованому роботі-мурасі.
в автоматизованому роботі-мурасі.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
І, нарешті, щоб зробити
ці речі більш функціональними,
ці речі більш функціональними,
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 потрібно, щоб вони працювали разом
для виконання більших завдань.
для виконання більших завдань.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Тож я розпочну з мобільності.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Комахи пересуваються дивовижно швидко.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
Це відео з університету в Берклі.
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
Воно показує, як тарган рухається
по дуже нерівній поверхні,
по дуже нерівній поверхні,
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
не перекидаючись,
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
він в змозі робите це, тому що його ноги -
це комбінація жорстких матеріалів,
це комбінація жорстких матеріалів,
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
які використовуються
для виготовлення роботів,
для виготовлення роботів,
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
та легких матеріалів.
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
Стрибки - ще один цікавий спосіб
пізнавати все, коли ти дуже крихітний.
пізнавати все, коли ти дуже крихітний.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Ці комахи зберігають енергію, як в пружині,
та вивільняють її дуже швидко,
та вивільняють її дуже швидко,
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
щоб отримати потужну силу, наприклад,
щоб вистрибнути з води.
щоб вистрибнути з води.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Великим внеском
моєї лабораторії
моєї лабораторії
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
було поєднання
жорстких та твердих матеріалів
жорстких та твердих матеріалів
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
в дуже, дуже малих механізмах.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Тож цей механізм стрибку
становить близько чотирьох міліметрів,
становить близько чотирьох міліметрів,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
дійсно крихітний.
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
Жорсткий матеріал - це кремній,
а легкий матеріал - силіконова гума
а легкий матеріал - силіконова гума
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Основна ідея в тому,
що ми збираємося стиснути його,
що ми збираємося стиснути його,
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
енергію в пружинах,
та потім вивільнити її для стрибка.
та потім вивільнити її для стрибка.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Тут немає моторів,
ніякого живлення.
ніякого живлення.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Воно приводиться в дію методом,
який ми звемо в лабораторії
який ми звемо в лабораторії
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"аспірант з пінцетом".
(Сміх)
(Сміх)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
В наступному відео ви побачите
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
цього приятеля,
який напрочуд добре стрибає.
який напрочуд добре стрибає.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Тож це Аарон, аспірант,
про якого йшла мова, з пінцетом,
про якого йшла мова, з пінцетом,
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
і те, що ви бачите,
це чотирьох-міліметровий механізм,
це чотирьох-міліметровий механізм,
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
який стрибає 40 міліметрів у висоту.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
Майже в 100 разів більше власної довжини.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
І він працює, стрибає на столі,
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
він неймовірно міцний
і добре працював, доки ми не втратили його,
і добре працював, доки ми не втратили його,
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
тому що він дуже крихітний.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Зрештою, ми маємо намір
також додати мотори,
також додати мотори,
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
і в нас є студенти, які працюють
над моторами завбільшки з міліметр,
над моторами завбільшки з міліметр,
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
щоб в перспективі інтегрувати їх
в маленьких автономних роботів.
в маленьких автономних роботів.
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
Але щоб поглянути на рухливість
та пересування при таких масштабах,
та пересування при таких масштабах,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
ми шахраюємо, використовуючи магніти.
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
Тут показано те, що зрештою
буде частиною ноги мікроробота,
буде частиною ноги мікроробота,
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
навіть видно з'єднання
із силіконової гуми
із силіконової гуми
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
і вбудований магніт там,
який крутиться під впливом
який крутиться під впливом
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
зовнішнього магнітного поля.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Таким чином, результатом є робот,
показаний раніше.
показаний раніше.
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
Дійсно цікаво, що цей робот
допоможе нам з'ясувати,
допоможе нам з'ясувати,
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
як комахи рухаються при такій величині.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
У нас є чудові моделі
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
руху кожного - від таргана 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
Ми всі рухаємось
подібно пружині, коли біжимо.
подібно пружині, коли біжимо.
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
Але коли я дійсно малий,
сила між землею та ногами
сила між землею та ногами
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
впливатиме на пересування
набагато більше ніж маса,
набагато більше ніж маса,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
що є причиною пружинного руху.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Тож цей приятель ще не працює,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
та у нас є трохи більші моделі,
які бігають.
які бігають.
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
Цей близько одного кубічного сантиметра,
сторони по сантиметру, дуже крихітний,
сторони по сантиметру, дуже крихітний,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
і він пробігає в 10 разів більше
довжини свого тіла за секунду,
довжини свого тіла за секунду,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
10 сантиметрів за секунду.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Досить спритно, друже,
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
але це тільки обмежено
нашою тестовою групою.
нашою тестовою групою.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Однак це дає уявлення
про те, як це працює.
про те, як це працює.
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
Ми також роздрукували 3D моделі,
які навіть можуть долати перешкоди,
які навіть можуть долати перешкоди,
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
дуже схоже на таргана,
якого ви бачили раніше.
якого ви бачили раніше.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
Зрештою, ми хочемо
укомплектувати робота всім.
укомплектувати робота всім.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Потрібні сенсори, живлення, контроль,
синхронізація всіх разом,
синхронізація всіх разом,
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
все повинно бути
біотехнологічним.
біотехнологічним.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Тож, це робот
завбільшки з "Тік Так".
завбільшки з "Тік 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
І в цьому випадку замість магнітів
чи м'язів, щоб зрушити з місця,
чи м'язів, щоб зрушити з місця,
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
ми використовуємо ракети.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
Це мікроскопічний
енергетичний матеріал,
енергетичний матеріал,
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
ми можемо створити його крихітні пікселі
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
і покласти один із цих пікселів
на живіт цього робота,
на живіт цього 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
і вловлюючи посилення світла,
робот буде стрибати.
робот буде стрибати.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Наступне відео - одне з моїх улюблених.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
У вас є робот вагою 300 міліграм,
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
який стрибає 8 сантиметрів
у повітрі.
у повітрі.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
І він розміром лише
4х4х7 міліметрів.
4х4х7 міліметрів.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Ви побачите великий спалах
спочатку,
спочатку,
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
коли заряд вибухає,
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
і робот перевертається в повітрі.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Ось великий спалах,
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
і ви бачите,
як робот підстрибує в повітря.
як робот підстрибує в повітря.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Нічого не прив'язано,
до нього не під'єднано дроту.
до нього не під'єднано дроту.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
З вмонтованим приладдям,
він стрибає, зреагувавши
він стрибає, зреагувавши
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
просто на увімкнену студентом
поруч лампу.
поруч лампу.
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
Можете собі уявити
всі круті речі, що ми зможемо зробити
всі круті речі, що ми зможемо зробити
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
з роботами, які можуть бігати, повзати,
стрибати та крутитись з такими розмірами.
стрибати та крутитись з такими розмірами.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Уявіть руїни після стихійного лиха,
такого як землетрус.
такого як землетрус.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
Уявіть маленьких роботів,
які бігають по уламках,
які бігають по уламках,
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
шукаючи вцілілих.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Або уявіть чимало крихітних роботів,
що бігають по мосту,
що бігають по мосту,
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
щоб перевірити
та впевнитись в його безпеці,
та впевнитись в його безпеці,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
щоб не було обвалів, як той,
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
що трапився за межами
Міннеаполіса в 2007.
Міннеаполіса в 2007.
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
Чи просто уявіть, що б ви могли зробити,
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
якби мали роботів, які
могли б плавати у судинах.
могли б плавати у судинах.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
То як? "Фантастична подорож"
Айзека Азімова.
Айзека Азімова.
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
Чи якби вони могли оперувати
без необхідності розрізати.
без необхідності розрізати.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Ми б могли кардинально
змінити спосіб будівництва,
змінити спосіб будівництва,
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
якби у нас були крихітні роботи,
які працювали б так само як терміти
які працювали б так само як терміти
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
і будували б неймовірні
восьмиметрові насипи,
восьмиметрові насипи,
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
добре провітрювані
багатоквартирні будинки для інших термітів
багатоквартирні будинки для інших термітів
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
в Африці та в Австралії.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Тож я показала вам
деякі варіанти,
деякі варіанти,
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
як можна використовувати цих роботів.
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
У нас вже є певний прогрес,
але попереду ще довга дорога,
але попереду ще довга дорога,
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
і, сподіваюсь, що дехто
зможе сприяти кінцевій меті.
зможе сприяти кінцевій меті.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
Дякую за увагу.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(Оплески)
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