我为什么要制造米粒大小的机器人

通过研究蚂蚁大小的昆虫的移动方式，Sarah Bergbreiter和她的团队制造的机器人小得不可思议，看起来就像机械化的爬虫……然后他们为机器人添加了动力引擎。演讲中，微型机器人研究进展会令你瞠目结舌，此外，你还会了解这些小机器人未来的三种用途。

我和我的学生研究非常小的机器人。

你可以把它想象成

某种我们很熟悉的东西：蚂蚁，
它的机器人版本。

我们都知道，蚂蚁和其他类似大小的昆虫

能做一些非常不可思议的事情。

比如，一群蚂蚁，或一群其他昆虫，

会在你聚餐时扛起薯片扬长而去，
我们对此都不会陌生。

但是，开发这种蚂蚁大小的机器人
真正的困难是什么呢？

首先，如何让这么小的机器人

具有蚂蚁般的功能呢？

首先，我们需要研究如何

让这么小的机器人动起来。

我们需要腿一般的结构，
配以高效的马达，

让机器人动起来，

而且，我们需要感应器、动力源和控制系统，

这一切都要在蚂蚁大小的
半智能机器人内部整合起来。

最后，让这一切真正发挥作用，

我们希望大量的机器人协作，
来完成一些更重要的任务。

我们先来谈移动吧。

昆虫的移动能力惊人得高。

这段视频来自加州大学伯克利分校，

视频中，一个蟑螂在障碍中穿梭，

丝毫不受阻碍，

这么强的移动能力得益于它们的腿部结构，

其腿部既有我们通常用来
制造机器人的坚硬的材料，

也有柔软的材料。

对于昆虫这么小的躯体，
跳跃是另一个有趣的移动方式。

比如，这些昆虫存储在
弹簧般的腿中的能量在跳跃的瞬间

会被急速释放出来，
使它们得以从水中跳出来。

我们实验室的一大贡献是结合

硬质材料和软质材料，

制成非常小的结构部件。

这个跳跃部件每边只有大约4毫米，

确实很小。

我们选用的硬质材料是硅，
软质材料是硅橡胶。

基本的设计思路是先将其压缩，

将能量存储于弹簧中，
释放出来实现跳跃功能。

至此，机器人身上还没有马达
也没有动力源。

我们实验室称此
驱动机器人移动的方法为

「手持镊子的研究生」。
（笑声）

下一段视频中，你们将看到

这个同学是多么擅长操控其跳跃。

这是Aaron，刚才提到的那位研究生同学，
他手持镊子，

你们看到的是一个4毫米大小的机器人

跳到40厘米那么高，

这个高度几乎是其自身高度的100倍，

掉下来，继续在桌子上跳跃，

异常「强健」，跳个不停，
直到消失在我们视野之外，

因为它太小了。

然而，最后我们还是想给它加上马达，

我们实验室研究微型马达同学

最终把毫米级别的马达
嵌入这个微小的机器人中。

但为了观察这个尺寸下的移动和运动能力，

我们“作弊”使用了磁铁。

这段视频展示的就是
最终要成为机器人的腿的部件，

你们可以看到，硅橡胶的接合点那儿

嵌入了一块磁铁，外部的磁场驱动

这个部件移动。

顺着这个思路和方法，
我们就制成了之前为你们展示的机器人。

这个小机器人让我们明白的最有趣的事情是

这么大小的昆虫的移动方式。

小至蟑螂，大至大象，
我们都有非常好的模型来解释其移动方式。

我们都是以这种弹跃的方式来跑动。

但当我非常小时，
我的脚和地面之间的力对我移动的影响

要远大于我的重量对我移动的影响，

而这正是弹跃式移动的原因。

毫米级别的机器人的移动能力还不完善，

但我们也有稍微大一点的
能够四处跑动的机器人，

这个东西的体积大约是1立方厘米，
每边长度1厘米，依然很小，

我们能让它每秒钟移动10倍其自身长度，

也就是每秒钟10厘米，

这对于这么小的家伙来说是很快了，

而这还受我们的实验设施所限，

但你现在大概了解它的机制了。

我们也可以利用3D打印技术
打印出这种能躲避障碍的机器人，

很像你们之前看到的蟑螂。

我们的最终目标是把一切都嵌入机器人内，

我们想把感应器、动力源、
控制系统和触发机构融合在一起，

另外，并不是所有部件都需要是仿生的。

这个机器人的体积如一颗
嘀嗒糖（很小的薄荷糖），

我们没有用磁铁或肌肉来实现其运动，

而是利用动力引擎。

这是一个微型动力驱动装置，

我们能为其制作出小的像素点，

并安置在机器人的腹部。

感知到光线强度增加后，
这个机器人会跳跃。

下一段视频是我的最爱。

300毫克的机器人

跳到8厘米那么高，

其三边的尺寸分别
只有4毫米、4毫米、7毫米。

在最开始触发其运动时，
你会看到一束光闪过，

这个机器人在空中腾越。

这就是那束强光，

你能看到那个小机器人在空中跳跃。

机器人身上并没栓什么，
也没有电线连着它。

一个同学只是打开了机器人旁边的台灯，
它就会随之跳动。

我想，你能想象到这么大小的
能跑能爬能跳能滚的

机器人所能做的很酷的事情吧。

想象一下地震等自然灾害过后，断壁残垣，

这些小机器人穿梭在废墟中

寻找生还者的画面。

或者想象一下，
一群小机器人在桥梁上奔跑，

检查桥梁的稳定性，确保其安全，

不会发生类似

2007年明尼阿波里斯市外的断桥惨剧。

或者，想象一下当小机器人能在你的血液中游动，
你能用它来做什么吧，

「神奇旅程」，艾萨克•阿西莫夫说。

也许医生不需要开刀就能给您做手术。

另外，如果我们能让机器人实现白蚁的能力，

我们可以从根本上改变筑房的方式。

图片中的八米高度土堆就是白蚁筑成的，
真不可思议，

对于非洲和澳大利亚的白蚁来说，

这是透气性极好的住所。

我想，我已经给你们列举了

很多小机器人的应用前景，

目前我们已经取得了一些进展，
但仍然有很长的路要走，

希望你们可以为实现这个目标而做出贡献。

非常感谢。

（掌声）