1
00:00:00,564 --> 00:00:04,209
我和我的学生研究非常小的机器人。

2
00:00:04,209 --> 00:00:05,506
你可以把它想象成

3
00:00:05,506 --> 00:00:10,016
某种我们很熟悉的东西：蚂蚁，
它的机器人版本。

4
00:00:10,016 --> 00:00:12,776
我们都知道，蚂蚁和其他类似大小的昆虫

5
00:00:12,776 --> 00:00:15,012
能做一些非常不可思议的事情。

6
00:00:15,012 --> 00:00:18,197
比如，一群蚂蚁，或一群其他昆虫，

7
00:00:18,197 --> 00:00:22,467
会在你聚餐时扛起薯片扬长而去，
我们对此都不会陌生。

8
00:00:22,467 --> 00:00:26,250
但是，开发这种蚂蚁大小的机器人
真正的困难是什么呢？

9
00:00:26,250 --> 00:00:29,861
首先，如何让这么小的机器人

10
00:00:29,861 --> 00:00:31,909
具有蚂蚁般的功能呢？

11
00:00:31,909 --> 00:00:33,513
首先，我们需要研究如何

12
00:00:33,513 --> 00:00:35,923
让这么小的机器人动起来。

13
00:00:35,923 --> 00:00:38,223
我们需要腿一般的结构，
配以高效的马达，

14
00:00:38,223 --> 00:00:40,072
让机器人动起来，

15
00:00:40,072 --> 00:00:42,563
而且，我们需要感应器、动力源和控制系统，

16
00:00:42,563 --> 00:00:46,525
这一切都要在蚂蚁大小的
半智能机器人内部整合起来。

17
00:00:46,525 --> 00:00:49,071
最后，让这一切真正发挥作用，

18
00:00:49,071 --> 00:00:53,019
我们希望大量的机器人协作，
来完成一些更重要的任务。

19
00:00:53,019 --> 00:00:55,710
我们先来谈移动吧。

20
00:00:55,710 --> 00:00:58,871
昆虫的移动能力惊人得高。

21
00:00:58,871 --> 00:01:00,559
这段视频来自加州大学伯克利分校，

22
00:01:00,559 --> 00:01:03,342
视频中，一个蟑螂在障碍中穿梭，

23
00:01:03,342 --> 00:01:05,195
丝毫不受阻碍，

24
00:01:05,195 --> 00:01:07,482
这么强的移动能力得益于它们的腿部结构，

25
00:01:07,482 --> 00:01:11,545
其腿部既有我们通常用来
制造机器人的坚硬的材料，

26
00:01:11,545 --> 00:01:13,144
也有柔软的材料。

27
00:01:14,374 --> 00:01:18,201
对于昆虫这么小的躯体，
跳跃是另一个有趣的移动方式。

28
00:01:18,201 --> 00:01:21,180
比如，这些昆虫存储在
弹簧般的腿中的能量在跳跃的瞬间

29
00:01:21,180 --> 00:01:26,281
会被急速释放出来，
使它们得以从水中跳出来。

30
00:01:26,281 --> 00:01:29,403
我们实验室的一大贡献是结合

31
00:01:29,403 --> 00:01:32,153
硬质材料和软质材料，

32
00:01:32,153 --> 00:01:34,367
制成非常小的结构部件。

33
00:01:34,367 --> 00:01:37,532
这个跳跃部件每边只有大约4毫米，

34
00:01:37,532 --> 00:01:39,220
确实很小。

35
00:01:39,220 --> 00:01:43,058
我们选用的硬质材料是硅，
软质材料是硅橡胶。

36
00:01:43,058 --> 00:01:45,953
基本的设计思路是先将其压缩，

37
00:01:45,953 --> 00:01:48,654
将能量存储于弹簧中，
释放出来实现跳跃功能。

38
00:01:48,654 --> 00:01:52,037
至此，机器人身上还没有马达
也没有动力源。

39
00:01:52,037 --> 00:01:54,800
我们实验室称此
驱动机器人移动的方法为

40
00:01:54,800 --> 00:01:57,472
「手持镊子的研究生」。
（笑声）

41
00:01:57,472 --> 00:01:59,306
下一段视频中，你们将看到

42
00:01:59,306 --> 00:02:02,333
这个同学是多么擅长操控其跳跃。

43
00:02:02,333 --> 00:02:05,947
这是Aaron，刚才提到的那位研究生同学，
他手持镊子，

44
00:02:05,947 --> 00:02:08,630
你们看到的是一个4毫米大小的机器人

45
00:02:08,630 --> 00:02:10,841
跳到40厘米那么高，

46
00:02:10,841 --> 00:02:13,265
这个高度几乎是其自身高度的100倍，

47
00:02:13,265 --> 00:02:15,221
掉下来，继续在桌子上跳跃，

48
00:02:15,221 --> 00:02:18,735
异常「强健」，跳个不停，
直到消失在我们视野之外，

49
00:02:18,735 --> 00:02:21,361
因为它太小了。

50
00:02:21,361 --> 00:02:23,970
然而，最后我们还是想给它加上马达，

51
00:02:23,970 --> 00:02:27,086
我们实验室研究微型马达同学

52
00:02:27,086 --> 00:02:30,686
最终把毫米级别的马达
嵌入这个微小的机器人中。

53
00:02:30,686 --> 00:02:34,267
但为了观察这个尺寸下的移动和运动能力，

54
00:02:34,267 --> 00:02:36,241
我们“作弊”使用了磁铁。

55
00:02:36,241 --> 00:02:39,317
这段视频展示的就是
最终要成为机器人的腿的部件，

56
00:02:39,317 --> 00:02:41,334
你们可以看到，硅橡胶的接合点那儿

57
00:02:41,334 --> 00:02:43,963
嵌入了一块磁铁，外部的磁场驱动

58
00:02:43,963 --> 00:02:46,266
这个部件移动。

59
00:02:46,266 --> 00:02:48,949
顺着这个思路和方法，
我们就制成了之前为你们展示的机器人。

60
00:02:49,959 --> 00:02:53,110
这个小机器人让我们明白的最有趣的事情是

61
00:02:53,110 --> 00:02:55,117
这么大小的昆虫的移动方式。

62
00:02:55,117 --> 00:02:59,292
小至蟑螂，大至大象，
我们都有非常好的模型来解释其移动方式。

63
00:02:59,292 --> 00:03:02,228
我们都是以这种弹跃的方式来跑动。

64
00:03:02,228 --> 00:03:06,513
但当我非常小时，
我的脚和地面之间的力对我移动的影响

65
00:03:06,513 --> 00:03:09,288
要远大于我的重量对我移动的影响，

66
00:03:09,288 --> 00:03:11,642
而这正是弹跃式移动的原因。

67
00:03:11,642 --> 00:03:13,317
毫米级别的机器人的移动能力还不完善，

68
00:03:13,317 --> 00:03:16,392
但我们也有稍微大一点的
能够四处跑动的机器人，

69
00:03:16,392 --> 00:03:20,277
这个东西的体积大约是1立方厘米，
每边长度1厘米，依然很小，

70
00:03:20,277 --> 00:03:23,179
我们能让它每秒钟移动10倍其自身长度，

71
00:03:23,179 --> 00:03:24,565
也就是每秒钟10厘米，

72
00:03:24,565 --> 00:03:26,598
这对于这么小的家伙来说是很快了，

73
00:03:26,598 --> 00:03:28,660
而这还受我们的实验设施所限，

74
00:03:28,660 --> 00:03:31,607
但你现在大概了解它的机制了。

75
00:03:32,027 --> 00:03:35,781
我们也可以利用3D打印技术
打印出这种能躲避障碍的机器人，

76
00:03:35,781 --> 00:03:39,280
很像你们之前看到的蟑螂。

77
00:03:39,280 --> 00:03:42,166
我们的最终目标是把一切都嵌入机器人内，

78
00:03:42,166 --> 00:03:45,859
我们想把感应器、动力源、
控制系统和触发机构融合在一起，

79
00:03:45,859 --> 00:03:48,765
另外，并不是所有部件都需要是仿生的。

80
00:03:48,765 --> 00:03:51,900
这个机器人的体积如一颗
嘀嗒糖（很小的薄荷糖），

81
00:03:51,900 --> 00:03:55,849
我们没有用磁铁或肌肉来实现其运动，

82
00:03:55,849 --> 00:03:58,274
而是利用动力引擎。

83
00:03:58,274 --> 00:04:00,940
这是一个微型动力驱动装置，

84
00:04:00,940 --> 00:04:03,539
我们能为其制作出小的像素点，

85
00:04:03,539 --> 00:04:07,326
并安置在机器人的腹部。

86
00:04:07,326 --> 00:04:11,722
感知到光线强度增加后，
这个机器人会跳跃。

87
00:04:12,645 --> 00:04:14,618
下一段视频是我的最爱。

88
00:04:14,618 --> 00:04:17,658
300毫克的机器人

89
00:04:17,658 --> 00:04:20,064
跳到8厘米那么高，

90
00:04:20,064 --> 00:04:22,974
其三边的尺寸分别
只有4毫米、4毫米、7毫米。

91
00:04:22,974 --> 00:04:26,620
在最开始触发其运动时，
你会看到一束光闪过，

92
00:04:26,622 --> 00:04:28,530
这个机器人在空中腾越。

93
00:04:28,530 --> 00:04:30,139
这就是那束强光，

94
00:04:30,139 --> 00:04:33,336
你能看到那个小机器人在空中跳跃。

95
00:04:33,336 --> 00:04:37,978
机器人身上并没栓什么，
也没有电线连着它。

96
00:04:37,978 --> 00:04:43,232
一个同学只是打开了机器人旁边的台灯，
它就会随之跳动。

97
00:04:43,232 --> 00:04:46,897
我想，你能想象到这么大小的
能跑能爬能跳能滚的

98
00:04:46,897 --> 00:04:51,604
机器人所能做的很酷的事情吧。

99
00:04:51,604 --> 00:04:55,394
想象一下地震等自然灾害过后，断壁残垣，

100
00:04:55,394 --> 00:04:57,953
这些小机器人穿梭在废墟中

101
00:04:57,953 --> 00:05:00,171
寻找生还者的画面。

102
00:05:00,171 --> 00:05:03,127
或者想象一下，
一群小机器人在桥梁上奔跑，

103
00:05:03,127 --> 00:05:05,286
检查桥梁的稳定性，确保其安全，

104
00:05:05,286 --> 00:05:07,326
不会发生类似

105
00:05:07,326 --> 00:05:11,233
2007年明尼阿波里斯市外的断桥惨剧。

106
00:05:11,233 --> 00:05:15,515
或者，想象一下当小机器人能在你的血液中游动，
你能用它来做什么吧，

107
00:05:15,518 --> 00:05:17,851
「神奇旅程」，艾萨克•阿西莫夫说。

108
00:05:17,851 --> 00:05:22,206
也许医生不需要开刀就能给您做手术。

109
00:05:22,206 --> 00:05:24,936
另外，如果我们能让机器人实现白蚁的能力，

110
00:05:24,936 --> 00:05:28,343
我们可以从根本上改变筑房的方式。

111
00:05:28,343 --> 00:05:31,108
图片中的八米高度土堆就是白蚁筑成的，
真不可思议，

112
00:05:31,108 --> 00:05:35,196
对于非洲和澳大利亚的白蚁来说，

113
00:05:35,196 --> 00:05:37,287
这是透气性极好的住所。

114
00:05:37,287 --> 00:05:39,717
我想，我已经给你们列举了

115
00:05:39,717 --> 00:05:42,154
很多小机器人的应用前景，

116
00:05:42,154 --> 00:05:46,561
目前我们已经取得了一些进展，
但仍然有很长的路要走，

117
00:05:46,561 --> 00:05:49,419
希望你们可以为实现这个目标而做出贡献。

118
00:05:49,419 --> 00:05:51,187
非常感谢。

119
00:05:51,187 --> 00:05:53,391
（掌声）