Γιατί κατασκευάζω ρομπότ σε μέγεθος ενός κόκκου ρυζιού

Μελετώντας την κίνηση και τα σώματα των εντόμων, όπως των μερμηγκιών, η Σάρα Μπεργκμπράιτερ και η ομάδα της κατασκευάζουν απίστευτα δυνατές, υπερμικροσκοπικές, μηχανικές μορφές ανατριχιαστικών ζωυφίων... και μετά τους προσθέτουν ρουκέτες. Δείτε τα εκπληκτικά τους επιτεύγματα στη μικρο-ρομποτική και μάθετε τους τρεις τρόπους με τους οποίους μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτούς τους μικρούς βοηθούς στο μέλλον.

Οι μαθητές μου κι εγώ δουλεύουμε
πάνω σε μικροσκοπικά ρομπότ.

Μπορείτε να τα θεωρήσετε
ως ρομποτικές εκδόσεις

από κάτι που γνωρίζετε
πολύ καλά: το μυρμήγκι.

Ξέρουμε ότι τα μυρμήγκια
κι άλλα έντομα αυτού του μεγέθους

μπορούν να κάνουν
κάποια απίστευτα πράγματα.

Όλοι έχουμε δει μια ομάδα
μυρμηγκιών ή κάτι παρόμοιο,

να κουβάλάει, για παράδειγμα,
ένα πατατάκι σε ένα πικνίκ.

Αλλά ποιες είναι οι δυσκολίες
στην κατασκευή τέτοιων μυρμηγκιών;

Κατ' αρχήν, πώς θα βάλουμε
τις ικανότητες ενός μυρμηγκιού

σε ένα ρομπότ του ίδιου μεγέθους;

Πρώτα πρέπει να βρούμε
πως θα τα κάνουμε να κινηθούν

εφόσον είναι τόσο μικρά.

Χρειάζονται μηχανισμοί σαν πόδια
και ικανοί κινητήρες,

για να υλοποιήσουμε την κίνηση,

και αισθητήρες, ενέργεια και έλεγχο

για να τα συνθέσουμε όλα
σε ένα ημι-ευφυές ρομπότ μυρμήγκι.

Τελικά, για να τα κάνουμε αυτά
πραγματικά λειτουργικά,

θέλουμε να συνεργάζονται μεταξύ τους
για να κάνουν περισσότερα πράγματα.

Λοιπόν, ας ξεκινήσω με την κινητικότητα.

Τα έντομα περιφέρονται με θαυμαστή άνεση.

Το βίντεο του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϋ

δείχνει μια κατσαρίδα που κινείται
σε απίστευτα τραχύ έδαφος

χωρίς να αναποδογυρίζει,

και μπορεί να το κάνει καθώς τα πόδια της
είναι συνδυασμός άκαμπτων υλικών,

που χρησιμοποιούμε πάγια
στην κατασκευή ρομπότ,

και μαλακών υλικών.

Τα άλματα είναι επίσης ενδιαφέρον τρόπος
μετακίνησης όταν είσαι πολύ μικρός.

Τα έντομα συσσωρεύουν ενέργεια σε
ελατήριο και την ελευθερώνουν ταχύτατα

για να αποκτήσουν την απαραίτητη δύναμη
που απαιτείται για να βγουν από το νερό.

Έτσι, ένα μεγάλο επίτευγμα
του εργαστηρίου μου

ήταν ο συνδυασμός
άκαμπτων και μαλακών υλικών

σε πάρα πολύ μικρούς μηχανισμούς.

Αυτός ο μηχανισμός άλματος
είναι περίπου 4 χιλιοστά στο πλάι,

άρα αρκετά μικροσκοπικός.

Το σκληρό υλικό εδώ είναι η σιλικόνη
και το μαλακό η γόμα σιλικόνης.

Η βασική ιδέα είναι ότι θα το συμπιέσουμε,

μαζεύοντας ενέργεια στα ελατήρια
και ελευθερώνοντάς την για το άλμα.

Συνεπώς δεν υπάρχει
κανένας κινητήρας, καμία ενέργεια.

Ενεργοποιείται με μια μέθοδο
που στο εργαστήριό μου τη λέμε

«πτυχιούχος με τσιμπιδάκι».
(Γέλια)

Στο επόμενο βίντεο θα δείτε αυτό τον τύπο

να τα καταφέρνει αρκετά καλά στα άλματα.

Αυτός είναι ο Άαρον, ο εν λόγω
μεταπτυχιακός φοιτητής, με το τσιμπιδάκι,

και εδώ βλέπετε τον μηχανισμό
των τεσσάρων χιλιοστών

να κάνει άλμα σχεδόν 40 εκατοστών.

Είναι σχεδόν 100 φορές το μήκος του.

Επιζεί, αναπηδά στο τραπέζι,

είναι απίστευτα ανθεκτικός και φυσικά
επιβιώνει μέχρι που το χάνουμε

επειδή είναι τόσο πολύ μικρός.

Τελικά σκεφτήκαμε
να του προσθέσουμε και κινητήρες,

έχουμε φοιτητές που δουλεύουν
σε κινητήρες χιλιοστών

που θα τους ενσωματωσούν
σε μικρά αυτόνομα ρομπότ.

Αλλά για να πετύχουμε κινητικότητα
και κίνηση σε τέτοια κατηγορία μεγέθους,

«κλέβουμε» και χρησιμοποιούμε μαγνήτες.

Εδώ φαίνεται κάτι που
θα γίνει μικρορομποτικό πόδι

και βλέπετε τις αρθρώσεις
από γόμα σιλικόνης

και έναν ενσωματωμένο μαγνήτη που κινείται

από ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Κι έτσι θα φτάσουμε στο ρομπότ
που σας έδειξα νωρίτερα.

Το πραγματικά ενδιαφέρον που
μας βοηθάει να καταλάβουμε το ρομπότ

είναι το πώς κινούνται τόσο μικρά έντομα.

Έχουμε ένα πολύ καλό μοντέλο
του πώς κινούνται τα πάντα,

από κατσαρίδα έως ελέφαντα.

Όλοι κάπως αναπηδάμε όταν τρέχουμε.

Αλλά όταν είμαι πολύ μικρός, οι δυνάμεις
ανάμεσα στα πόδια μου και το έδαφος

θα επηρεάσουν την κίνησή μου
περισσότερο από τη μάζα μου,

και αυτό προκαλεί
αυτή την κίνηση με αναπήδηση.

Αυτός ο τύπος δεν λειτουργεί ακόμα,

αλλά έχουμε ελαφρώς μεγαλύτερες
εκδόσεις που κινούνται άνετα.

Αυτό είναι κύβος εκατοστού
με πλευρά εκατοστού, τόσο μικρός,

που μπορεί να τρέχει σχεδόν 10 φορές
το μήκος του ανά δευτερόλεπτο,

10 εκατοστά το δευτερόλεπτο.

Πολύ γρήγορο για κάτι τόσο μικρό

και περιορίζεται μόνο
από το ίδιο μας το πείραμα.

Αλλά πήρατε μια ιδέα
του πώς λειτουργεί τώρα.

Κατασκευάσαμε επίσης τρισδιάστατες
εκτυπωμένες εκδόσεις του

που σκαρφαλώνουν πάνω από εμπόδια,

σχεδόν σαν την κατσαρίδα
που είδατε νωρίτερα.

Αλλά τελικά θέλουμε να βάλουμε
τα πάντα στο ρομπότ.

Θέλουμε αίσθηση, δύναμη, έλεγχο,
ενεργοποίηση, όλα μαζί,

και δεν χρειάζεται να είναι όλα
εμπνευσμένα από τη φύση.

Αυτό το ρομπότ έχει το μέγεθος
ενός κουτιού Tic-Tac.

Σε αυτή την περίπτωση,
αντί για μαγνήτες ή μύες για την κίνηση,

χρησιμοποιούμε ρουκέτες.

Είναι ένα υλικό μικροαγώγιμο
ενεργειακό υλικό

όπου μπορούμε να φτιάξουμε
μικροσκοπικά πίξελ από αυτό,

να βάλουμε ένα από τα πίξελ
στην κοιλιά αυτού του ρομπότ

και κατόπιν το ρομπότ θα αναπηδήσει
όταν αισθανθεί αύξηση φωτός.

Το επόμενο βίντεο
είναι από τα αγαπημένα μου.

Έχουμε λοιπόν αυτό το ρομπότ
300 χιλιοστογραμμαρίων

να αναπηδά περίπου
οκτώ εκατοστά στον αέρα.

Είναι μόλις τέσσερα επί τέσσερα
επί επτά χιλιοστά σε μέγεθος.

Θα δείτε μια έντονη λάμψη στην αρχή

όταν εκλυθεί η ενέργεια,

και το ρομπότ να στριφογυρνά στον αέρα.

Υπήρχε αυτή η έντονη λάμψη

και βλέπετε το ρομπότ να πηδά στον αέρα.

Δεν υπάρχει κάποιο σύστημα πρόσδεσης,
δεν συνδέεται με καλώδια.

Όλα είναι ενσωματωμένα, και αυτό αναπήδησε

όταν ένας φοιτητής άναψε απλά
μια λάμπα γραφείου δίπλα του.

Νομίζω οτι φαντάζεστε πόσα πράγματα
μπορούμε να κάνουμε

με ρομπότ τέτοιου μεγέθους
που τρέχουν, έρπουν, πηδούν και κυλάνε.

Φανταστείτε τα ερείπια μετά από
μια φυσική καταστροφή, σαν ένα σεισμό.

Φανταστείτε τέτοια μικρά ρομπότ
να τρέχουν μέσα τα ερείπια

ψάχνοντας για επιζώντες.

Φανταστείτε πολλά μικρά ρομπότ
να κινούνται σε μια γέφυρα

για να επιθεωρήσουν την ασφάλειά της

ώστε ν' αποφύγουμε καταρρεύσεις σαν αυτή,

που συνέβη έξω από τη Μινεάπολη το 2007.

Φανταστείτε τι θα μπορούσατε να κάνετε

αν τέτοια ρομπότ μπορούσαν
να κολυμπήσουν στο αίμα σας.

Σωστά; Το «Φανταστικό Ταξίδι»
του Ισαάκ Ασίμοφ.

Θα μπορούσαν να σας εγχειρήσουν
χωρίς να γίνει τομή εξαρχής.

Θα άλλαζε ριζικά ο τρόπος
που κατασκευάζουμε πράγματα

αν βάζαμε τα μικροσκοπικά ρομπότ
να δουλεύουν όπως οι τερμίτες,

να χτίζουν αυτούς
τους οκτάμετρους γήλοφους,

πολυκατοικίες με πολύ καλό εξαερισμό
για άλλους τερμίτες

στην Αφρική και την Αυστραλία.

Νομίζω ότι σας έδειξα
κάποιες από τις δυνατότητες

του τι μπορούμε να κάνουμε
με αυτά τα μικρά ρομπότ.

Κάναμε κάποιες προόδους μέχρι τώρα αλλά
υπάρχει ακόμα πολύς δρόμος να διανύσουμε

και ελπίζω κάποιοι από εσάς να συμβάλετε
προς αυτή την κατεύθυνση.

Ευχαριστώ πολύ.

(Χειροκρότημα)