Мои студенты и я работаем над созданием крохотных роботов.
Вы можете представить их как роботизированную версию того,
с чем вы очень хорошо знакомы, — муравья.
Мы все знаем, что муравьи и другие насекомые такого размера
могут делать что-то совершенно невероятное.
Мы все видели группу муравьёв или нечто подобное,
уносящую картофельные чипсы на пикнике, например.
Но каковы реальные трудности в разработке таких муравьёв?
В первую очередь, как у нас появляется возможность создания
роботизированного муравья такого же размера?
Для начала нам нужно понять, как заставить их двигаться
при таких маленьких размерах.
Нужны механизмы, такие, как ноги, и достаточно мощные моторы,
чтобы поддерживать передвижение.
Нужны датчики, питание и управление,
чтобы соединить всё вместе в полуинтеллектуальном роботе-муравье.
И, наконец, чтобы действительно создать из этого нечто полезное,
нам нужно, чтобы много их работало вместе для реализации более важных вещей.
Я начну с подвижности.
Насекомые передвигаются удивительно хорошо.
Это видео из Университета Калифорнии в Беркли
показывает таракана, передвигающегося по очень неровной поверхности,
при этом не переворачиваясь.
Он способен делать это, потому что его конечности
являются сочетанием жёстких материалов, обычно используемых в создании роботов,
и мягких материалов.
Прыжки — это ещё один интересный способ передвижения маленьких насекомых.
Эти насекомые хранят энергию в пружинных механизмах и быстро высвобождают её,
чтобы получить высокую мощность для совершения прыжка из воды, например.
Одним из крупных вкладов моей лаборатории
было объединение жёстких и мягких материалов
в очень, очень маленьких механизмах.
Размер этого прыгающего механизма примерно 4 миллиметра —
действительно крошечный.
Твёрдый материал здесь кремний, а мягкий — силиконовый каучук.
Основной идеей является то, чтобы сжать его,
сохранить энергию в пружинах, а затем высвободить для прыжка.
Таким образом, там пока нет моторов, нет питания.
Всё приводится в действие методом, который мы в лаборатории называем
«аспирант с пинцетом». (Смех)
В следующем видео вы увидите,
как этот малыш преуспевает в прыжках.
Это Ааарон, аспирант, о котором идёт речь, с пинцетом.
Вы видите, как этот четырёхмиллиметровый механизм
прыгает почти на 40 см в высоту.
Это почти в 100 раз превышает его длину.
И он не ломается, он отскакивает от стола.
Он невероятно крепок и достаточно надёжно работает до тех пор,
пока мы его не потеряем, потому что он очень маленький.
В перспективе всё равно мы хотим добавить к нему мотор,
и у нас есть студенты в лаборатории, работающие с миллиметровыми моторами,
чтобы в итоге интегрировать их в маленьких, автономных роботов.
Но, чтобы увидеть подвижность и перемещение в таком масштабе,
мы прибегаем к хитрости и используем магниты.
Здесь показано, что в итоге станет частью конечности микроробота:
можно увидеть суставы из силиконового каучука,
внутри которых встроен магнит, перемещающийся под воздействием
внешнего магнитного поля.
Вот так получается робот, которого я показала вам ранее.
Крайне интересно то, что этот робот может помочь нам понять,
как насекомые передвигаются в таком масштабе.
У нас есть очень хорошая модель того,
как двигаются все — от таракана до слона.
Мы все двигаемся немного подпрыгивая, когда бежим.
Но, если я очень маленького размера, то силы между ногами и землёй
повлияют на моё передвижение гораздо сильнее, чем моя масса,
что и вызывает подпрыгивающее движение.
Вот этот малыш ещё не совсем работает,
но у нас есть чуть более крупные экземпляры, которые умеют бегать.
Вот этот, размером с кубический сантиметр, совсем маленький,
и нам удалось заставить его пробега́ть
почти по 10 см в секунду.
Это достаточно быстро для маленького робота
и пока ограничивается только нашими тестовыми установками.
Это даёт вам представление о том, как сейчас работают такие роботы.
Мы также можем создавать 3D-печатные версии роботов, которые могут
преодолевать препятствия почти как тараканы, которых вы видели ранее.
В конечном итоге мы хотим добавить все функции роботам:
чувствительность, мощность, управление, приведение в действие — всё вместе.
При этом не всё должно быть основано на биологии.
Этот робот размером примерно с «Тик-Так».
В его случае вместо магнитов или мышц для движения
мы используем ракеты.
Это микроизготовленный энергетический материал.
Мы можем создать крошечные элементы этого материала
и поместить один из них на брюшко робота.
Впоследствии этот робот совершит прыжок, когда почувствует повышение освещённости.
Следующее видео — одно из моих любимых.
Вот этот 300-милиграммовый робот
подпрыгивает в воздух на 8 см.
Его размер всего 4х4х7 мм.
Вначале вы увидите большую вспышку,
когда взрывается энергетический материал.
А затем робот кружится в воздухе.
Вот произошла вспышка,
и вы видите, как робот подпрыгивает в воздух.
К нему не привязаны тросы, не подсоединены провода.
Всё встроено, и робот подпрыгнул из-за того,
что студент просто зажёг настольную ламу рядом с ним.
Я думаю, вы можете представить все невероятные вещи, которые можно делать
с роботами, способными ползать, вращаться, бегать, прыгать в масштабе таких размеров.
Представьте обломки после стихийного бедствия, такого как землетрясение.
И представьте маленьких роботов, бегающих по этим обломкам
в поисках выживших.
Или представьте кучу маленьких роботов, бегающих вдоль моста,
чтобы изучить его и убедиться в его безопасности,
чтобы не происходили такие обрушения,
как это, случившееся за пределами Миннеаполиса в 2007 году.
Представьте, что можно было бы сделать,
если бы у нас были роботы, способные передвигаться в кровеносных сосудах.
Прямо «Фантастическое путешествие» Айзека Азимова.
Врачи могли бы оперировать, не делая привычных надрезов.
Или же мы в корне могли бы изменить подход к строительству,
если бы наши крохотные роботы работали так же, как это делают термиты.
Они строят эти невероятные восьмиметровые холмы —
прекрасно вентилируемые многоквартирные дома для других термитов
в Африке и Австралии.
Так что, я думаю, что дала вам примеры того,
что мы можем делать при помощи этих маленьких роботов.
Мы уже достигли некоторых успехов, но ещё предстоит пройти долгий путь,
и я надеюсь, что кто-то из вас сможет внести свой вклад в это дело.
Спасибо большое.
(Аплодисменты)