Dlaczego konstruuję roboty wielkości ziarenka piasku

Poprzez analizowanie ruchu i ciał owadów, takich jak mrówki, Sara Bergbreiter i jej zespół tworzą niesamowicie sprężyste, ultracienkie i zmechanizowane wersje robali, by potem dodać do nich rakiety. Zobacz zapierający dech w piersiach rozwój w mikro-robotyce i posłuchaj o trzech sposobach, na jakie możemy wykorzystywać małych pomocników w przyszłości.

Razem ze studentami pracuję
nad bardzo małymi robotami.

Wyobraźcie sobie zautomatyzowaną wersję

znanej wszystkim mrówki.

Mrówki i inne owady tej wielkości

mogą robić niesamowite rzeczy.

Wszyscy widzieliśmy grupę mówek

przenoszącą frytkę podczas pikniku.

Jakie są jednak prawdziwe wyzwania
konstruowania takich mrówek?

Po pierwsze, jak uzyskać
umiejętności mrówki

w robocie tej samej wielkości?

Najpierw trzeba sprawić,

żeby te małe roboty mogły się poruszać.

Potrzeba mechanizmów
takich jak nogi i silniki,

żeby umożliwić ruch.

Potrzeba również czujników i energii,

by uzyskać na wpół inteligentnego
robota-mrówkę.

Wszystkie wymienione czujniki i mechanizmy

muszą ze sobą współgrać, by robot działał.

Zacznijmy od mobilności.

Owady poruszają się zadziwiająco dobrze.

Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley

nagrano karalucha chodzącego
po nierównym terenie.

Owad się nie przewraca,

dlatego że jego nogi to mieszanka
sztywnych i miękkich materiałów.

Sztywne materiały są tradycyjnie

używane do budowy robotów.

Małe stworzenia poruszają się też skokami.

Owady zatrzymują energię w skoku
i uwalniają ją bardzo szybko,

żeby móc na przykład wyskoczyć z wody.

Jednym z dużych osiągnięć mojej pracowni

jest połączenie sztywnych
i miękkich materiałów

w bardzo małych mechanizmach.

Ten skaczący mechanizm jest maleńki,

mierzy z boku tylko 4 milimetry.

Sztywnym materiałem jest krzem,
miękkim - guma silikonowa.

Łączymy ze sobą te materiały,
następnie zatrzymujemy energię

w sprężynach i uwalniamy ją przy skoku.

Nie ma żadnego silnika ani zasilania.

Uruchamiamy metodę,
którą nazywamy w laboratorium

"doktorant z pęsetą".
(Śmiech)

Zobaczycie na następnym wideo,

że robotowi skoki idą świetnie.

To jest Aaron, doktorant z pęsetą,
o którym była mowa.

Widać 4-milimetrowy mechanizm,

skaczący na wysokość niemal 40 cm.

To prawie stokrotność jego długości.

Mechanizm jest niezwykle sprężysty.

Nie szkodzi mu odbijanie się od stołu.

Radzi sobie nieźle, aż go tracimy,
bo jest taki maleńki.

Ostatecznie chcemy
dodać do robota silniki.

Studenci pracują w laboratorium
nad milimetrowymi silnikami,

żeby scalić je z małymi,
niezależnymi robotami.

Jednak żeby obserwować
mobilność i ruch w tej skali,

oszukujemy z pomocą magnesów.

To pokazuje, co ostatecznie będzie
częścią mikro-nogi robota.

Widać złączenia z silikonowej gumy

i osadzony magnes, który porusza się

za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego.

Dochodzimy do robota,
którego pokazałam wcześniej.

Interesujące, że ten robot
może pomóc nam zrozumieć,

jak poruszają się owady takiej skali.

Mamy dobry model pokazujący,
jak poruszają się zwierzęta,

od karalucha aż po słonia.

Podczas biegu poruszamy się sprężyście.

Jednak przy bardzo małych rozmiarach
siły między stopami a podłożem

bardziej niż masa
oddziałują na ruchliwość.

To powoduje sprężysty ruch.

Ten robot jeszcze nie działa,

ale mamy nieco większego, który biega.

To bardzo niewielki,
około 1-centymetrowy sześcian,

który potrafi przebiec 10 długości
swojego ciała na sekundę,

co daje 10 cm na sekundę.

Całkiem szybko, jak na małego robota.

Jego ruch jest ograniczony
przez ustawienia testu.

Teraz macie pewne pojęcie, jak to działa.

Możemy również stworzyć trójwymiarową,
drukowaną wersję, pokonującą przeszkody;

coś na kształt karalucha,
którego widzieliście wcześniej.

Ostatecznie chcemy umieścić
wszystkie te funkcje w robocie.

Potrzeba czujników, energii,
sterowania oraz uruchomienia.

Nie wszystko musi być oparte na biologii.

To jest robot wielkości Tic Taca.

Do jego poruszania
zamiast magnesów czy mięśni

używamy rakiet.

To mikroskopijny, dynamiczny materiał.

Możemy tworzyć maleńkie piksele

i umieszczać je na brzuchu robota.

Robot podskoczy,
gdy wyczuje wzrost natężenia światła.

To nagranie należy do moich ulubionych.

Widać na nim 300-miligramowego robota,

skaczącego w powietrze na wysokość 8 cm.

Mierzy zaledwie 4 na 4 na 7 milimetrów.

Na początku widać błysk,

gdy uwalnia się energia,

potem robot koziołkuje w powietrzu.

Tu jest błysk.

Teraz widać, jak skacze w powietrzu.

Nie ma linek ani kabli mocujących.

Wszystko jest wewnątrz
robota, który skacze,

kiedy student pstryka lampką.

Wyobraźcie sobie wszystkie świetne rzeczy,

jakie można robić z robotami,

które biegają i pełzają,
skaczą i turlają się.

Wyobraźcie sobie gruzowisko
po katastrofie takiej jak trzęsienie ziemi

i te małe roboty przemierzające gruzowisko

w poszukiwaniu ocalałych.

Albo rój małych robotów na moście,

sprawdzających bezpieczeństwo,

żeby uniknąć takich katastrof,

jak zawalenie się mostu
w Minneapolis w 2007 roku.

Wyobraźcie sobie, co można osiągnąć

dzięki robotom poruszającym się we krwi.

Jak "Fantastyczna podróż" Isaaca Asimova.

Albo roboty, które operują
bez otwierania ciała,

albo radykalnie zmienić budownictwo,

gdyby małe roboty
mogły działać jak termity,

budujące niesamowite, 8-metrowe kopce,

czyli dobrze wentylowane
wieżowce dla innych termitów

w Afryce i Australii.

Przedstawiłam kilka możliwości tego,

co można robić z małymi robotami.

Poczyniliśmy już pewne postępy,
ale jeszcze wiele przed nami.

Mam nadzieję, że niektórzy
z was się do tego przyczynią.

Dziękuję bardzo.

(Brawa)