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Warum ich Roboter in der Größe von Reiskörnern baue

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

Durch das Studium der Bewegungsabläufe und des Körperbaus von Insekten wie Ameisen bauen Sarah Bergbreiter und ihr Team unglaublich robuste, extrem winzige, mechanische Versionen dieser Kriechtiere ... und bringen dann Raketen an. Entdecken Sie die atemberaubenden Entwicklungen in der Mikro-Robotik und erfahren Sie, wie wir diese kleinen Helfer in der Zukunft nutzen könnten.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
06:06

German subtitles

Revisions

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