Почему я создаю роботов размером с рисовое зёрнышко

Изучая движение и тела насекомых, таких как муравьи, Сара Бергбрайтер и её команда создают невероятно крепкие крохотные механические версии ползающих насекомых... а затем встраивают в них ракеты. Посмотрите на их невероятные разработки в микророботехнике и послушайте о трёх способах использования этих маленьких помощников в будущем.

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)