Чому я створюю роботів завбільшки з рисове зернятко

Вивчаючи пересування та частини тіла комах, зокрема мурах, Сара Берґбрейтер та її команда створили неймовірно міцні, супермініатюрні, механічні версії моторошних повзучих комах... і додали ракети. Погляньте на їхню приголомшливу еволюцію в мікророботів та дізнайтесь про три шляхи можливого використання цих маленьких помічників в майбутньому.

Ми з моїми студентами
працюємо над дуже крихітними роботами.

Можете розглянути це
як роботичну версію

чогось вам дуже
знайомого: мурахи.

Всі знають, що навіть мурахи
та інші комахи таких розмірів

можуть робити неймовірні речі.

Ми всі бачили, як групка мурах

несе вашу картопляну чіпсу
на пікніку, наприклад.

Що дійсно є проблемою
у проектуванні цих мурах?

Перш за все, як ми перенесемо
властивості мурахи

на робота тих же самих розмірів?

По-перше, нам потрібно з'ясувати,
як змусити їх рухатися,

коли вони такі малі.

Нам потрібні механізми ніг
та ефективні мотори,

щоб забезпечити пересування,

і нам потрібні сенсори,
живлення та контроль,

щоб поєднати все це
в автоматизованому роботі-мурасі.

І, нарешті, щоб зробити
ці речі більш функціональними,

нам потрібно, щоб вони працювали разом
для виконання більших завдань.

Тож я розпочну з мобільності.

Комахи пересуваються дивовижно швидко.

Це відео з університету в Берклі.

Воно показує, як тарган рухається
по дуже нерівній поверхні,

не перекидаючись,

він в змозі робите це, тому що його ноги -
це комбінація жорстких матеріалів,

які використовуються
для виготовлення роботів,

та легких матеріалів.

Стрибки - ще один цікавий спосіб
пізнавати все, коли ти дуже крихітний.

Ці комахи зберігають енергію, як в пружині,
та вивільняють її дуже швидко,

щоб отримати потужну силу, наприклад,
щоб вистрибнути з води.

Великим внеском
моєї лабораторії

було поєднання
жорстких та твердих матеріалів

в дуже, дуже малих механізмах.

Тож цей механізм стрибку
становить близько чотирьох міліметрів,

дійсно крихітний.

Жорсткий матеріал - це кремній,
а легкий матеріал - силіконова гума

Основна ідея в тому,
що ми збираємося стиснути його,

енергію в пружинах,
та потім вивільнити її для стрибка.

Тут немає моторів,
ніякого живлення.

Воно приводиться в дію методом,
який ми звемо в лабораторії

"аспірант з пінцетом".
(Сміх)

В наступному відео ви побачите

цього приятеля,
який напрочуд добре стрибає.

Тож це Аарон, аспірант,
про якого йшла мова, з пінцетом,

і те, що ви бачите,
це чотирьох-міліметровий механізм,

який стрибає 40 міліметрів у висоту.

Майже в 100 разів більше власної довжини.

І він працює, стрибає на столі,

він неймовірно міцний
і добре працював, доки ми не втратили його,

тому що він дуже крихітний.

Зрештою, ми маємо намір
також додати мотори,

і в нас є студенти, які працюють
над моторами завбільшки з міліметр,

щоб в перспективі інтегрувати їх
в маленьких автономних роботів.

Але щоб поглянути на рухливість
та пересування при таких масштабах,

ми шахраюємо, використовуючи магніти.

Тут показано те, що зрештою
буде частиною ноги мікроробота,

навіть видно з'єднання
із силіконової гуми

і вбудований магніт там,
який крутиться під впливом

зовнішнього магнітного поля.

Таким чином, результатом є робот,
показаний раніше.

Дійсно цікаво, що цей робот
допоможе нам з'ясувати,

як комахи рухаються при такій величині.

У нас є чудові моделі

руху кожного - від таргана до слона.

Ми всі рухаємось
подібно пружині, коли біжимо.

Але коли я дійсно малий,
сила між землею та ногами

впливатиме на пересування
набагато більше ніж маса,

що є причиною пружинного руху.

Тож цей приятель ще не працює,

та у нас є трохи більші моделі,
які бігають.

Цей близько одного кубічного сантиметра,
сторони по сантиметру, дуже крихітний,

і він пробігає в 10 разів більше
довжини свого тіла за секунду,

10 сантиметрів за секунду.

Досить спритно, друже,

але це тільки обмежено
нашою тестовою групою.

Однак це дає уявлення
про те, як це працює.

Ми також роздрукували 3D моделі,
які навіть можуть долати перешкоди,

дуже схоже на таргана,
якого ви бачили раніше.

Зрештою, ми хочемо
укомплектувати робота всім.

Потрібні сенсори, живлення, контроль,
синхронізація всіх разом,

все повинно бути
біотехнологічним.

Тож, це робот
завбільшки з "Тік Так".

І в цьому випадку замість магнітів
чи м'язів, щоб зрушити з місця,

ми використовуємо ракети.

Це мікроскопічний
енергетичний матеріал,

ми можемо створити його крихітні пікселі

і покласти один із цих пікселів
на живіт цього робота,

і вловлюючи посилення світла,
робот буде стрибати.

Наступне відео - одне з моїх улюблених.

У вас є робот вагою 300 міліграм,

який стрибає 8 сантиметрів
у повітрі.

І він розміром лише
4х4х7 міліметрів.

Ви побачите великий спалах
спочатку,

коли заряд вибухає,

і робот перевертається в повітрі.

Ось великий спалах,

і ви бачите,
як робот підстрибує в повітря.

Нічого не прив'язано,
до нього не під'єднано дроту.

З вмонтованим приладдям,
він стрибає, зреагувавши

просто на увімкнену студентом
поруч лампу.

Можете собі уявити
всі круті речі, що ми зможемо зробити

з роботами, які можуть бігати, повзати,
стрибати та крутитись з такими розмірами.

Уявіть руїни після стихійного лиха,
такого як землетрус.

Уявіть маленьких роботів,
які бігають по уламках,

шукаючи вцілілих.

Або уявіть чимало крихітних роботів,
що бігають по мосту,

щоб перевірити
та впевнитись в його безпеці,

щоб не було обвалів, як той,

що трапився за межами
Міннеаполіса в 2007.

Чи просто уявіть, що б ви могли зробити,

якби мали роботів, які
могли б плавати у судинах.

То як? "Фантастична подорож"
Айзека Азімова.

Чи якби вони могли оперувати
без необхідності розрізати.

Ми б могли кардинально
змінити спосіб будівництва,

якби у нас були крихітні роботи,
які працювали б так само як терміти

і будували б неймовірні
восьмиметрові насипи,

добре провітрювані
багатоквартирні будинки для інших термітів

в Африці та в Австралії.

Тож я показала вам
деякі варіанти,

як можна використовувати цих роботів.

У нас вже є певний прогрес,
але попереду ще довга дорога,

і, сподіваюсь, що дехто
зможе сприяти кінцевій меті.

Дякую за увагу.

(Оплески)