Meine Studenten und ich
arbeiten an winzigen Robotern.
Wir können sie als Roboterversionen von Tieren betrachten,
die uns allen bekannt sind: Ameisen.
Wir wissen, dass Ameisen und Insekten ähnlicher Größe
sehr erstaunliche Dinge tun können.
Wir alle haben Gruppen von Ameisen oder dergleichen gesehen,
die unsere Kartoffelchips bei einem Picknick wegtragen.
Aber was sind die wahren Herausforderungen
beim Bau dieser Ameisen?
Zuerst einmal: Wie bekommen wir
die Fähigkeiten der Ameisen in einen Roboter der gleichen Größe?
Zuerst müssen wir einen Bewegungsmechanismus
für diese kleinen Roboter finden.
Wir benötigen Mechanismen wie Beine und Motoren,
um die Fortbewegung zu unterstützen,
sowie Sensoren, Energie und Steuerung,
um alle Aspekte in einem semi- intelligenten Ameisenroboter zu vereinen.
Damit sie am Ende zweckmäßig sind, sollen viele von ihnen zusammenwirken
um gemeinsam größere Aufgaben zu bewältigen.
Ich beginne mit der Mobilität.
Insekten bewegen sich erstaunlich geschickt.
Dieses Video der UC Berkeley zeigt eine Kakerlake,
die sich auf sehr unwegsamem Gelände bewegt ohne umzukippen.
Sie kann das, da ihre Beine sowohl aus starren Materialien,
wie wir sie üblicherweise für den Bau von Robotern benutzen,
und weichen Materialien bestehen.
Springen ist auch eine sehr interessante Fortbewegungsart, wenn man so klein ist.
Diese Insekten speichern Energie in einer Sprungfeder
und setzen sie schnell wieder frei, um aus dem Wasser hüpfen zu können.
Einer der größten Beiträge meines Labors
war die Kombination aus weichen und starren Materialien
in sehr, sehr kleinen Mechanismen.
Dieser Sprungmechanismus misst etwa vier Millimeter an jeder Seite,
also extrem klein.
Das starre Material ist Silizium
und das weiche Material Silikon-Kautschuk.
Die Idee dahinter ist, es zusammenzudrücken,
Energie in den Sprungfedern zu speichern und beim Sprung freizusetzen.
Dies funktioniert ohne Motoren, ohne Antrieb.
Es wird mit einer Methode ausgeführt, die wir in meinem Labor
„Doktorand mit Pinzette“ nennen.
Im nächsten Video sehen Sie einen kleinen Kerl,
der erstaunliche Sprünge vollbringt.
Das ist Aaron, der besagte Doktorand mit Pinzette,
und ein vier Millimeter kleiner Mechanisums,
der fast 40 Zentimeter hoch springt.
Das ist fast das Hundertfache seiner eigenen Größe.
Er übersteht das, prallt vom Tisch ab,
ist unglaublich robust und überlebt, bis wir ihn verlieren,
weil er so winzig ist.
(Gelächter)
Letztendlich wollen wir auch Motoren hinzufügen.
Einige Studenten im Labor arbeiten an millimeterkleinen Motoren,
die in kleine autonome Roboter integriert werden sollen.
Um Mobilität und Fortbewegung in dieser Größenordnung
in Betracht ziehen zu können,
schummeln wir mit Magneten.
Was Sie hier sehen, wird einmal Teil eines Mikroroboter-Beins.
Sie sehen Gelenke aus Silikon-Kautschuk
und einen integrierten Magneten,
der durch ein externes Magnetfeld bewegt wird.
Dies ergibt den Roboter, den ich zuvor gezeigt habe.
Interessanterweise hilft uns dieser Roboter zu verstehen,
wie sich Insekten dieser Größe bewegen.
Wir wissen recht gut, wie sich Tiere,
von der Kakerlake bis zum Elefanten, bewegen.
Wir bewegen uns alle auf diese federnde Art, wenn wir laufen.
Bei sehr kleiner Größe beeinflussen die Kräfte zwischen meinen Füßen
und dem Boden die Fortbewegung viel mehr als meine Masse,
was diese federnde Bewegung erzeugt.
Dieser kleine Kerl funktioniert noch nicht ganz,
doch größere Versionen laufen bereits umher.
Dieser ist etwa einen Zentimeter hoch und breit, sehr klein also,
und läuft pro Sekunde seine zehnfache Körperlänge,
das sind 10 cm pro Sekunde,
sehr schnell für ein so winziges Kerlchen.
Begrenzt ist das nur durch unseren Testaufbau.
Doch dies zeigt Ihnen grob, wie es zurzeit funktioniert.
Wir drucken Roboter auch in 3D und lassen sie über Hindernisse laufen,
wie die Kakerlake zuvor.
Im Endeffekt wollen wir alles auf dem Roboter anbringen:
Abtastung, Antrieb, Bedienung, Bewegung, alles zusammen,
und nicht alles muss zwingend von der Natur inspiriert sein.
Dieser Roboter ist in etwa so groß wie ein Tic Tac,
und anstelle von Magneten oder Muskeln zur Fortbewegung
verwenden wir Raketen.
Dies ist ein mikrofeines, dynamisches Material,
von dem wir Kleinstteile anfertigen
und diese am Bauch des Roboters anbringen können.
So springt dieser Roboter, sobald er eine Lichtzunahme wahrnimmt.
Das ist einer meiner Lieblingsfilme:
Sie sehen einen 300 mg leichten Roboter,
der etwa 8 cm hoch in die Luft hüpft.
Er misst gerade mal 4 x 4 x 7 Millimeter.
Am Anfang sehen Sie einen hellen Blitz,
wenn Energie freigesetzt wird
und der Roboter durch die Luft wirbelt.
Hier sah man den hellen Blitz
und Sie sehen den Roboter hochspringen.
Das funktioniert ganz ohne Leinen oder Drähte,
alles ist an Bord, und sein Sprung ist die Reaktion
auf eine Schreibtischlampe, die ein Student einschaltet.
Sie können sich all die Dinge vorstellen, die wir mit so kleinen Robotern,
die laufen, kriechen, springen und rollen, machen können.
Denken Sie an die Trümmer nach einer Naturkatastrophe wie einem Erdbeben.
Stellen Sie sich vor, wie diese kleinen Roboter
in den Trümmern nach Überlebenden suchen.
Stellen Sie sich vor, wie viele dieser kleinen Roboter
eine Brücke auf deren Sicherheit prüfen,
um Einstürze wie diesen vor Minneapolis im Jahr 2007 zu vermeiden.
Stellen Sie sich vor, was möglich wäre,
wenn kleine Roboter durch Ihren Blutkreislauf schwimmen:
"Die Fantastische Reise", Isaac Asimov.
Man könnte operieren, ohne den Patienten dafür aufschneiden zu müssen.
Wir könnten die Art ändern, wie wir Dinge bauen,
wenn winzige Roboter wie Termiten arbeiten,
die diese unglaublichen 8 Meter hohen Hügel bauen,
gut gelüftete Wohnblöcke für andere Termiten
in Afrika und Australien.
Ich denke, ich habe Ihnen gezeigt,
was wir mit diesen kleinen Robotern alles tun können.
Wir haben bereits einige Fortschritte gemacht,
doch es liegt noch ein weiter Weg vor uns.
Ich hoffe, einige von Ihnen werden dazu beitragen. Vielen Dank.