TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Сара Бергбрайтър: Защо правя роботи с големината на зрънце ориз
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
Чрез изучаване на движението и телата на насекоми като мравките, Сара Бергбрайтър и екипът ѝ създават невероятно здрави, супер мънички механични версии на пълзящите... и после добавят ракети. Вижте техния изумителен напредък в микро-роботиката и чуйте за трите начина, по които можем да използваме малките помощници в бъдеще.
Sarah Bergbreiter - Microroboticist
Sarah Bergbreiter packs advanced technologies into tiny robots that can overcome obstacles 80 times their height. Full bio
Sarah Bergbreiter packs advanced technologies into tiny robots that can overcome obstacles 80 times their height. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
My students and I
work on very tiny robots.
work on very tiny robots.
0
564
3645
Аз и студентите ми създаваме
много мънички роботи.
много мънички роботи.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Можете да ги разглеждате
като автоматизирани версии
като автоматизирани версии
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
на нещо, което всички познавате
много добре – мравката.
много добре – мравката.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Знаем, че мравките и
другите насекоми с такава големина
другите насекоми с такава големина
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
умеят невероятни неща.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Всички сме виждали как група мравки
или нещо подобно на група
или нещо подобно на група
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
отмъкват картофения ви чипс
от пикника, например.
от пикника, например.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Но какви са истинските предизвикателства
за проектирането на тези мравки?
за проектирането на тези мравки?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Ами, първо, как да вкараме
способностите на една мравка
способностите на една мравка
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
в робот със същата големина?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
Най-напред трябва да измислим
как да ги задвижим,
как да ги задвижим,
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
след като са толкова малки.
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
Трябват ни механизми – крака
и ефикасни мотори,
и ефикасни мотори,
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
за да осъществим движението
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
и сензори, мощност и контрол,
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
за да сглобим всичко в една
полу-разумна мравка-робот.
полу-разумна мравка-робот.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
И накрая, за да бъдат нещата
наистина функционални,
наистина функционални,
01:01
we want a lot of them working together
in order to do bigger things.
in order to do bigger things.
17
49071
3948
искаме много от тях да работят заедно
и да решават по-големи задачи.
и да решават по-големи задачи.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Ще започна с мобилността.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Насекомите се движат удивително добре.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
Това видео е от UC Berkeley.
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
Показва хлебарка, която върви
по изключително неравен терен
по изключително неравен терен
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
без да се преобърне
01:17
and it's able to do this because its legs
are a combination of rigid materials,
are a combination of rigid materials,
23
65195
3997
и може да прави това, защото краката ѝ
са комбинация от твърди материи,
са комбинация от твърди материи,
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
каквито обикновено използваме
за роботите
за роботите
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
и меки материи.
01:26
Jumping is another really interesting way
to get around when you're very small.
to get around when you're very small.
26
74374
3827
Скачането е друг интересен начин
за придвижване, когато си много малък.
за придвижване, когато си много малък.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Тези насекоми съхраняват енергия
в скока и я освобождават наистина бързо,
в скока и я освобождават наистина бързо,
01:34
to get the high power they need
to jump out of water, for example.
to jump out of water, for example.
28
82270
4011
за да получат силата, която им трябва,
за да изскочат от водата, например.
за да изскочат от водата, например.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Един от големите приноси
на моята лаборатория
на моята лаборатория
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
е комбинацията на
твърди и меки материали
твърди и меки материали
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
при много, много малките механизми.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Този скачащ механизъм има страна
около четири милиметра,
около четири милиметра,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
наистина е миниатюрен.
01:51
The hard material here is silicon,
and the soft material is silicone rubber.
and the soft material is silicone rubber.
34
99220
3838
Твърдият материал тук е силиций,
а мекият е силиконова гума.
а мекият е силиконова гума.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Основната идея е
да компресираме това,
да компресираме това,
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
да съхраним енергия в скоковете
и после чрез нея да скачаме отново.
и после чрез нея да скачаме отново.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Все още няма мотори на борда,
няма мощност.
няма мощност.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Движението е постигнато с метод,
който в лабораторията наричаме
който в лабораторията наричаме
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"аспирант с пинсета"
(Смях)
(Смях)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
В следващото видео ще видите
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
този тип да се справя удивително добре
със скоковете.
със скоковете.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Това е Арън, въпросният
аспирант с пинсетите,
аспирант с пинсетите,
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
а виждате как
този четиримилиметров механизъм
този четиримилиметров механизъм
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
скача почти на 40 см височина.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
Това е около 100 пъти повече
от собствената му дължина.
от собствената му дължина.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
И той оцелява, отскача от масата,
02:27
it's incredibly robust, and of course
survives quite well until we lose it
survives quite well until we lose it
47
135221
3514
невероятно здрав е и разбира се,
оцелява, докато не го изгубим,
оцелява, докато не го изгубим,
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
защото е много мъничък.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Все пак, накрая искаме
и на него да сложим мотори
и на него да сложим мотори
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
и студентите в лабораторията работят
по едномилиметрови мотори,
по едномилиметрови мотори,
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
които евентуално да се съвместят
с малки, автономни роботи.
с малки, автономни роботи.
02:42
But in order to look at mobility and
locomotion at this size scale to start,
locomotion at this size scale to start,
52
150686
3581
Но в името на мобилността и за да започне
движение при такива размери,
движение при такива размери,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
ние се изхитряваме и използваме магнити.
02:48
So this shows what would eventually
be part of a micro-robot leg,
be part of a micro-robot leg,
54
156241
3076
Това, в края на краищата, ще бъде част
от крака на микро-робот,
от крака на микро-робот,
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
виждате свръзките
от силиконова гума
от силиконова гума
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
и има вграден магнит,
който се движи
който се движи
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
от външно магнитно поле.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Така стигаме до робота,
който ви показах по-рано.
който ви показах по-рано.
03:02
The really interesting thing
that this robot can help us figure out
that this robot can help us figure out
59
169959
3151
Истински интересното, което
този робот ни помага да осъзнаем
този робот ни помага да осъзнаем
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
е как насекомите се движат
при размерите, които имат.
при размерите, които имат.
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
Имаме много добър модел
за това как всичко –
за това как всичко –
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
от хлебарка до слон – се движи.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
Всички леко отскачаме, докато тичаме.
03:14
But when I'm really small,
the forces between my feet and the ground
the forces between my feet and the ground
64
182228
4285
Но когато съм много мъничък,
силите между краката ми и земята
силите между краката ми и земята
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
ще повлияят много повече движението ми
от моята маса,
от моята маса,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
което пък е причината
за този подскоклив ход.
за този подскоклив ход.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Този приятел още не работи съвсем,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
но имаме малко по-големи версии,
които тичат наоколо.
които тичат наоколо.
03:28
So this is about a centimeter cubed,
a centimeter on a side, so very tiny,
a centimeter on a side, so very tiny,
69
196392
3885
Това е кубче със страна един сантиметър,
толкова миниатюрно,
толкова миниатюрно,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
а сме го накарали да минава около
10 телесни дължини в секунда,
10 телесни дължини в секунда,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
т.е. 10 сантиметра в секунда.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Доста добра бързина за един мъник
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
и тя е ограничена само от
тестовите ни условия.
тестовите ни условия.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Това ви дава някаква представа
как работи той сега.
как работи той сега.
03:44
We can also make 3D-printed versions
of this that can climb over obstacles,
of this that can climb over obstacles,
75
212027
3754
Можем също да направим 3D-печатни версии
на тази, които да изкачват препятствия
на тази, които да изкачват препятствия
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
подобно на хлебарката,
която видяхте по-рано.
която видяхте по-рано.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
Но в края на краищата, искаме да
сложим всичко това на робот.
сложим всичко това на робот.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Искаме усет, мощ, контрол
и движение едновременно
и движение едновременно
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
и не е необходимо всичко
да идва от био-вдъхновение.
да идва от био-вдъхновение.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Този робот е голям почти
колкото Тик Так.
колкото Тик Так.
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
И в неговия случай, вместо магнити
или мускули за задвижване,
или мускули за задвижване,
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
използваме ракети.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
Това е произведен в микро-вариант
енергиен материал,
енергиен материал,
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
можем да го разделим
на миниатюрни частици,
на миниатюрни частици,
04:15
and we can put one of these pixels
on the belly of this robot,
on the belly of this robot,
85
243539
3787
да сложим една от тях
в коремчето на този робот
в коремчето на този робот
04:19
and this robot, then, is going to jump
when it senses an increase in light.
when it senses an increase in light.
86
247326
4396
и тогава той ще скача,
когато регистрира повече светлина.
когато регистрира повече светлина.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Следващото видео е едно от любимите ми.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
Този 300-милиграмов робот
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
скача на около осем сантиметра
във въздуха.
във въздуха.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
Размерите му са само четири на
четири на седем.
четири на седем.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Ще видите силен проблясък в началото,
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
когато енергетиката се включва
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
и роботът се мята във въздуха.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Ето го силният проблясък
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
и виждате роботът да скача във въздуха.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Нищо не го ограничава,
не е свързан с жици.
не е свързан с жици.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Всичко е в самия него
и той подскача, реагирайки на
и той подскача, реагирайки на
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
студента, който току-що включи
настолна лампа наблизо.
настолна лампа наблизо.
04:55
So I think you can imagine
all the cool things that we could do
all the cool things that we could do
99
283243
3654
Мисля, че си представяте всички
страхотни неща, които можем да направим
страхотни неща, които можем да направим
04:59
with robots that can run and crawl
and jump and roll at this size scale.
and jump and roll at this size scale.
100
286897
4707
с роботи, които тичат, пълзят, скачат
и се търкалят при тези си размери.
и се търкалят при тези си размери.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Представете си отломките след едно
природно бедствие като земетресение.
природно бедствие като земетресение.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
Представете си как тези мънички роботи
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
кръстосват отломките,
за да търсят оцелели.
за да търсят оцелели.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Или си представете множество малки роботи
да обхождат един мост,
да обхождат един мост,
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
за да го инспектират и
да се уверят, че е безопасен,
да се уверят, че е безопасен,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
така че да не се случват пропадания,
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
като това край Минеаполис през 2007.
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
Или просто си представете
какво бихте направили,
какво бихте направили,
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
ако имаше роботи, които могат
да плуват в кръвта ви.
да плуват в кръвта ви.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
Нали? "Фантастично пътешествие",
Айзък Азимов.
Айзък Азимов.
05:30
Or they could operate without having
to cut you open in the first place.
to cut you open in the first place.
111
317851
4355
Преди всичко, те биха могли да оперират
без да трябва да ви режат.
без да трябва да ви режат.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Можем и коренно да променим
начина, по който строим,
начина, по който строим,
05:37
if we have our tiny robots
work the same way that termites do,
work the same way that termites do,
113
324936
3407
ако мъничките ни роботи
работят като термитите
работят като термитите
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
и строят онези невероятни купчини,
високи по осем метра,
високи по осем метра,
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
добре вентилирани апартаменти
за други термити
за други термити
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
в Африка и Австралия.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Мисля, че ви дадох
някои от възможностите
някои от възможностите
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
за това какво можем да правим
с тези малки роботи.
с тези малки роботи.
05:54
And we've made some advances so far,
but there's still a long way to go,
but there's still a long way to go,
119
342154
4407
Дотук постигнахме някакъв напредък,
но остава още дълъг път
но остава още дълъг път
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
и се надявам, че някои от вас
могат да помогнат на тази кауза.
могат да помогнат на тази кауза.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
Много ви благодаря.
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(Аплодисменти)
ABOUT THE SPEAKER
Sarah Bergbreiter - MicroroboticistSarah Bergbreiter packs advanced technologies into tiny robots that can overcome obstacles 80 times their height.
Why you should listen
Sarah Bergbreiter runs the Maryland Microrobotics Laboratory at the University of Maryland, where she develops innovative technologies that could advance medicine, consumer electronics and other sciences. She joined the university in 2008 as an assistant professor of mechanical engineering.
Having received her B.S.E degree in electrical engineering from Princeton, she worked on her M.S. and Ph.D. at Berkeley, which is where she focused on microrobotics. She has received multiple awards for her work, including the DARPA Young Faculty Award in 2008 and the Presidential Early Career Award for Scientists in 2013.
Sarah Bergbreiter | Speaker | TED.com