TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Sara Bergbreiter: Dlaczego konstruuję roboty wielkości ziarenka piasku
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
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.
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
Razem ze studentami pracuję
nad bardzo małymi robotami.
nad bardzo małymi robotami.
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
Wyobraźcie sobie zautomatyzowaną wersję
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
znanej wszystkim mrówki.
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Mrówki i inne owady tej wielkości
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
mogą robić niesamowite rzeczy.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Wszyscy widzieliśmy grupę mówek
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
przenoszącą frytkę podczas pikniku.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Jakie są jednak prawdziwe wyzwania
konstruowania takich mrówek?
konstruowania takich mrówek?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
Po pierwsze, jak uzyskać
umiejętności mrówki
umiejętności mrówki
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
w robocie tej samej wielkości?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
Najpierw trzeba sprawić,
żeby te małe roboty mogły się poruszać.
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
Potrzeba mechanizmów
takich jak nogi i silniki,
takich jak nogi i silniki,
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
żeby umożliwić ruch.
Potrzeba również czujników i energii,
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
by uzyskać na wpół inteligentnego
robota-mrówkę.
robota-mrówkę.
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
Wszystkie wymienione czujniki i mechanizmy
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
muszą ze sobą współgrać, by robot działał.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Zacznijmy od mobilności.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Owady poruszają się zadziwiająco dobrze.
Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
nagrano karalucha chodzącego
po nierównym terenie.
po nierównym terenie.
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
Owad się nie przewraca,
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
dlatego że jego nogi to mieszanka
sztywnych i miękkich materiałów.
sztywnych i miękkich materiałów.
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
Sztywne materiały są tradycyjnie
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
używane do budowy robotów.
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
Małe stworzenia poruszają się też skokami.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Owady zatrzymują energię w skoku
i uwalniają ją bardzo szybko,
i uwalniają ją bardzo szybko,
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
żeby móc na przykład wyskoczyć z wody.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
Jednym z dużych osiągnięć mojej pracowni
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
jest połączenie sztywnych
i miękkich materiałów
i miękkich materiałów
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
w bardzo małych mechanizmach.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Ten skaczący mechanizm jest maleńki,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
mierzy z boku tylko 4 milimetry.
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
Sztywnym materiałem jest krzem,
miękkim - guma silikonowa.
miękkim - guma silikonowa.
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Łączymy ze sobą te materiały,
następnie zatrzymujemy energię
następnie zatrzymujemy energię
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
w sprężynach i uwalniamy ją przy skoku.
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Nie ma żadnego silnika ani zasilania.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Uruchamiamy metodę,
którą nazywamy w laboratorium
którą nazywamy w laboratorium
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"doktorant z pęsetą".
(Śmiech)
(Śmiech)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
Zobaczycie na następnym wideo,
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
że robotowi skoki idą świetnie.
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
To jest Aaron, doktorant z pęsetą,
o którym była mowa.
o którym była mowa.
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
Widać 4-milimetrowy mechanizm,
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
skaczący na wysokość niemal 40 cm.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
To prawie stokrotność jego długości.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
Mechanizm jest niezwykle sprężysty.
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
Nie szkodzi mu odbijanie się od stołu.
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
Radzi sobie nieźle, aż go tracimy,
bo jest taki maleńki.
bo jest taki maleńki.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Ostatecznie chcemy
dodać do robota silniki.
dodać do robota silniki.
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
Studenci pracują w laboratorium
nad milimetrowymi silnikami,
nad milimetrowymi silnikami,
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
żeby scalić je z małymi,
niezależnymi robotami.
niezależnymi robotami.
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
Jednak żeby obserwować
mobilność i ruch w tej skali,
mobilność i ruch w tej skali,
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
oszukujemy z pomocą magnesów.
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
To pokazuje, co ostatecznie będzie
częścią mikro-nogi robota.
częścią mikro-nogi robota.
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
Widać złączenia z silikonowej gumy
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
i osadzony magnes, który porusza się
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego.
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Dochodzimy do robota,
którego pokazałam wcześniej.
którego pokazałam wcześniej.
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
Interesujące, że ten robot
może pomóc nam zrozumieć,
może pomóc nam zrozumieć,
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
jak poruszają się owady takiej skali.
Mamy dobry model pokazujący,
jak poruszają się zwierzęta,
jak poruszają się zwierzęta,
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
od karalucha aż po słonia.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
Podczas biegu poruszamy się sprężyście.
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
Jednak przy bardzo małych rozmiarach
siły między stopami a podłożem
siły między stopami a podłożem
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
bardziej niż masa
oddziałują na ruchliwość.
oddziałują na ruchliwość.
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
To powoduje sprężysty ruch.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Ten robot jeszcze nie działa,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
ale mamy nieco większego, który biega.
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
To bardzo niewielki,
około 1-centymetrowy sześcian,
około 1-centymetrowy sześcian,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
który potrafi przebiec 10 długości
swojego ciała na sekundę,
swojego ciała na sekundę,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
co daje 10 cm na sekundę.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Całkiem szybko, jak na małego robota.
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
Jego ruch jest ograniczony
przez ustawienia testu.
przez ustawienia testu.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
Teraz macie pewne pojęcie, jak to działa.
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
Możemy również stworzyć trójwymiarową,
drukowaną wersję, pokonującą przeszkody;
drukowaną wersję, pokonującą przeszkody;
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
coś na kształt karalucha,
którego widzieliście wcześniej.
którego widzieliście wcześniej.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
Ostatecznie chcemy umieścić
wszystkie te funkcje w robocie.
wszystkie te funkcje w robocie.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Potrzeba czujników, energii,
sterowania oraz uruchomienia.
sterowania oraz uruchomienia.
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
Nie wszystko musi być oparte na biologii.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
To jest robot wielkości Tic Taca.
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
Do jego poruszania
zamiast magnesów czy mięśni
zamiast magnesów czy mięśni
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
używamy rakiet.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
To mikroskopijny, dynamiczny materiał.
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
Możemy tworzyć maleńkie piksele
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
i umieszczać je na brzuchu robota.
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
Robot podskoczy,
gdy wyczuje wzrost natężenia światła.
gdy wyczuje wzrost natężenia światła.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
To nagranie należy do moich ulubionych.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
Widać na nim 300-miligramowego robota,
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
skaczącego w powietrze na wysokość 8 cm.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
Mierzy zaledwie 4 na 4 na 7 milimetrów.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Na początku widać błysk,
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
gdy uwalnia się energia,
potem robot koziołkuje w powietrzu.
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Tu jest błysk.
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
Teraz widać, jak skacze w powietrzu.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Nie ma linek ani kabli mocujących.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Wszystko jest wewnątrz
robota, który skacze,
robota, który skacze,
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
kiedy student pstryka lampką.
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
Wyobraźcie sobie wszystkie świetne rzeczy,
jakie można robić z robotami,
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
które biegają i pełzają,
skaczą i turlają się.
skaczą i turlają się.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Wyobraźcie sobie gruzowisko
po katastrofie takiej jak trzęsienie ziemi
po katastrofie takiej jak trzęsienie ziemi
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
i te małe roboty przemierzające gruzowisko
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
w poszukiwaniu ocalałych.
Albo rój małych robotów na moście,
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
sprawdzających bezpieczeństwo,
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
żeby uniknąć takich katastrof,
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
jak zawalenie się mostu
w Minneapolis w 2007 roku.
w Minneapolis w 2007 roku.
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
Wyobraźcie sobie, co można osiągnąć
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
dzięki robotom poruszającym się we krwi.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
Jak "Fantastyczna podróż" Isaaca Asimova.
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
Albo roboty, które operują
bez otwierania ciała,
bez otwierania ciała,
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
albo radykalnie zmienić budownictwo,
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
gdyby małe roboty
mogły działać jak termity,
mogły działać jak termity,
budujące niesamowite, 8-metrowe kopce,
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
czyli dobrze wentylowane
wieżowce dla innych termitów
wieżowce dla innych termitów
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
w Afryce i Australii.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Przedstawiłam kilka możliwości tego,
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
co można robić z małymi robotami.
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
Poczyniliśmy już pewne postępy,
ale jeszcze wiele przed nami.
ale jeszcze wiele przed nami.
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
Mam nadzieję, że niektórzy
z was się do tego przyczynią.
z was się do tego przyczynią.
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
Dziękuję bardzo.
(Brawa)
06:03
(Applause)
122
351187
2204
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