TEDYouth 2014
Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice
Sarah Bergbreiter: Därför gör jag robotar i riskornsstorlek
Filmed:
Readability: 4.1
1,663,866 views
Genom att studera insekters rörelsemönster och kroppar, som till exempel myror, har Sarah Bergbreiter och hennes team lyckats bygga otroligt robusta, supersmå mekaniska varianter av småkryp... och de har försetts med raketer.
Se deras förbluffande framsteg inom mikrorobottekniken, och hur vi skulle kunna använda dessa hjälpredor i framtiden.
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
Mina studenter och jag
jobbar med väldigt små robotar.
jobbar med väldigt små robotar.
Man kan se dessa som robotvarianter
00:16
Now, you can think of these
as robotic versions
as robotic versions
1
4209
2217
av något som alla känner till: en myra.
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant.
very familiar with: an ant.
2
6426
3590
00:22
We all know that ants
and other insects at this size scale
and other insects at this size scale
3
10016
2760
Vi vet att myror och insekter
av den här storleksordningen
av den här storleksordningen
00:24
can do some pretty incredible things.
4
12776
2236
kan göra helt otroliga saker.
00:27
We've all seen a group of ants,
or some version of that,
or some version of that,
5
15012
3185
Alla har vi sett en grupp myror
eller liknande,
eller liknande,
00:30
carting off your potato chip
at a picnic, for example.
at a picnic, for example.
6
18197
4270
som släpar iväg på ett potatischips
under en picknick, till exempel.
under en picknick, till exempel.
00:34
But what are the real challenges
of engineering these ants?
of engineering these ants?
7
22467
3443
Vari ligger de verkliga utmaningarna
i att skapa dessa myror?
i att skapa dessa myror?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities of an ant
the capabilities of an ant
8
25910
3951
För det första, hur får vi in
en myras alla egenskaper
en myras alla egenskaper
00:42
in a robot at the same size scale?
9
29861
2048
i en robot av samma storlek som myran?
00:44
Well, first we need to figure out
how to make them move
how to make them move
10
31909
2604
Först måste vi komma på
hur vi får dem att röra sig
hur vi får dem att röra sig
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
när de är så små.
Vi behöver någon slags ben
och effektiva motorer
och effektiva motorer
00:48
We need mechanisms like legs
and efficient motors
and efficient motors
12
35923
2300
för att åstadkomma rörelse,
00:50
in order to support that locomotion,
13
38223
1849
och vi behöver sensorer,
kraft och ett styrsystem
kraft och ett styrsystem
00:52
and we need the sensors,
power and control
power and control
14
40072
2491
för att få ihop allt för
en semi-intelligent myrrobot.
en semi-intelligent myrrobot.
00:54
in order to pull everything together
in a semi-intelligent ant robot.
in a semi-intelligent ant robot.
15
42563
3962
00:58
And finally, to make
these things really functional,
these things really functional,
16
46525
2546
För att få det att fungera riktigt bra,
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
vill vi att många ska jobba tillsammans
för att kunna göra svårare saker.
för att kunna göra svårare saker.
01:05
So I'll start with mobility.
18
53019
2691
Jag börjar med rörlighet.
01:07
Insects move around amazingly well.
19
55710
3161
Insekter rör sig förvånansvärt bra.
Videon kommer från UC Berkeley.
01:11
This video is from UC Berkeley.
20
58871
1688
I den ser vi en kackerlacka
som rör sig över oerhört tuff terräng
som rör sig över oerhört tuff terräng
01:12
It shows a cockroach moving
over incredibly rough terrain
over incredibly rough terrain
21
60559
2783
01:15
without tipping over,
22
63342
1853
utan att falla omkull,
och den kan göra detta eftersom dess ben
är en kombination av styva material,
är en kombination av styva material,
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
01:21
which is what we traditionally
use to make robots,
use to make robots,
24
69192
2353
något som vi brukar använda
när vi gör robotar,
när vi gör robotar,
01:23
and soft materials.
25
71545
1599
och mjuka material.
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
Att hoppa är ett annat intressant sätt
att ta sig fram när man är väldigt liten.
att ta sig fram när man är väldigt liten.
01:30
So these insects store energy in a spring
and release that really quickly
and release that really quickly
27
78201
4069
Insekterna lagrar energin i en fjäder
och släpper lös den hastigt
och släpper lös den hastigt
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
för att få kraft att hoppa upp
ur vatten till exempel.
ur vatten till exempel.
01:38
So one of the big
contributions from my lab
contributions from my lab
29
86281
3122
En av de största bidragen från mitt labb
01:41
has been to combine
rigid and soft materials
rigid and soft materials
30
89403
2750
har varit att kombinera
styva och mjuka material
styva och mjuka material
01:44
in very, very small mechanisms.
31
92153
2214
i väldigt, väldigt små mekanismer.
01:46
So this jumping mechanism
is about four millimeters on a side,
is about four millimeters on a side,
32
94367
3165
Den här hoppmekanismen
är cirka fyra millimeter per sida,
är cirka fyra millimeter per sida,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
väldigt liten.
Det hårda materialet här är kisel,
och det mjuka är silikongummi.
och det mjuka är silikongummi.
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
01:55
And the basic idea is that
we're going to compress this,
we're going to compress this,
35
103058
2895
Grundidén är att trycka ihop den,
lagra energin i fjädrarna,
och släppa lös dem för att hoppa.
och släppa lös dem för att hoppa.
01:58
store energy in the springs,
and then release it to jump.
and then release it to jump.
36
105953
2701
02:00
So there's no motors
on board this right now, no power.
on board this right now, no power.
37
108654
3383
Det finns inga motorer
på den här, ingen kraft.
på den här, ingen kraft.
02:04
This is actuated with a method
that we call in my lab
that we call in my lab
38
112037
2763
Den utlöses med en metod
som vi i mitt labb kallar
som vi i mitt labb kallar
02:07
"graduate student with tweezers."
(Laughter)
(Laughter)
39
114800
2672
"Avgångselev med pincett".
(Skratt)
02:09
So what you'll see in the next video
40
117472
1834
Det ni ska få se i nästa video
02:11
is this guy doing
amazingly well for its jumps.
amazingly well for its jumps.
41
119306
3027
är en liten grej som gör fantastiska hopp
02:14
So this is Aaron, the graduate student
in question, with the tweezers,
in question, with the tweezers,
42
122333
3614
Det här är Aaron, avgångselev med pincett.
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized mechanism
four-millimeter-sized mechanism
43
125947
2683
Det ni ser är en fyra-milimeters mekanism
02:20
jumping almost 40 centimeters high.
44
128630
2211
som hoppar upp nära 40 centimeter.
02:23
That's almost 100 times its own length.
45
130841
2424
Det är nästan 100 gånger dess egen längd.
02:25
And it survives, bounces on the table,
46
133265
1956
Och den överlever, studsar lite på bordet.
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
Den är otroligt tålig, och den överlever
helt OK tills vi tappar bort den
helt OK tills vi tappar bort den
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
eftersom den är så liten.
02:33
Ultimately, though, we want
to add motors to this too,
to add motors to this too,
49
141361
2609
Till slut vill vi kunna
sätta dit motorer på den.
sätta dit motorer på den.
02:36
and we have students in the lab
working on millimeter-sized motors
working on millimeter-sized motors
50
143970
3116
Studenterna i labbet
jobbar med millimeter-stora motorer
jobbar med millimeter-stora motorer
02:39
to eventually integrate onto
small, autonomous robots.
small, autonomous robots.
51
147086
3600
som så småningom ska integreras
på små, autonoma robotar.
på små, autonoma robotar.
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
Men för att kunna få till mobilitet
och rörelse för så här små grejer
och rörelse för så här små grejer
02:46
we're cheating and using magnets.
53
154267
1974
fuskar vi lite och använder magneter.
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
Det här ska till slut bli ben
till en mikrorobot.
till en mikrorobot.
02:51
and you can see the silicone rubber joints
55
159317
2017
Ni ser silikongummilederna.
02:53
and there's an embedded magnet
that's being moved around
that's being moved around
56
161334
2629
Det finns en inbyggd magnet som rör sig
med hjälp av ett externt magnetfält.
02:56
by an external magnetic field.
57
163963
2303
02:58
So this leads to the robot
that I showed you earlier.
that I showed you earlier.
58
166266
2683
Det här leder fram till roboten
jag visade er tidigare.
jag visade er tidigare.
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
Det verkligt intressanta är
att tack vare roboten kan vi förstå
att tack vare roboten kan vi förstå
03:05
is how insects move at this scale.
60
173110
2007
hur små insekter rör sig.
Vi har en riktigt bra modell för hur allt
03:07
We have a really good model
for how everything
for how everything
61
175117
2225
från en kackerlacka
till en elefant rör sig.
till en elefant rör sig.
03:09
from a cockroach up to an elephant moves.
62
177342
1962
Alla rör vi oss på ett studsande sätt
när vi springer.
när vi springer.
03:11
We all move in this
kind of bouncy way when we run.
kind of bouncy way when we run.
63
179304
2924
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
Men om jag är väldigt liten
kommer kraften mellan fötter och mark
kommer kraften mellan fötter och mark
03:18
are going to affect my locomotion
a lot more than my mass,
a lot more than my mass,
65
186513
2775
att påverka min rörelse
mycket mer än massan,
mycket mer än massan,
03:21
which is what causes that bouncy motion.
66
189288
2354
vilket ger detta studsande rörelsemönster.
03:23
So this guy doesn't work quite yet,
67
191642
1675
Den här fungerar inte riktigt än,
03:25
but we do have slightly larger versions
that do run around.
that do run around.
68
193317
3075
men vi har större varianter
som kan springa omkring.
som kan springa omkring.
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
Den här är cirka en centimeter
per sida; väldigt liten,
per sida; väldigt liten,
03:32
and we've gotten this to run
about 10 body lengths per second,
about 10 body lengths per second,
70
200277
2902
och den springer cirka
10 kroppslängder per sekund,
10 kroppslängder per sekund,
03:35
so 10 centimeters per second.
71
203179
1386
10 centimeter per sekund.
03:36
It's pretty quick for a little, small guy,
72
204565
2033
Ganska snabbt för en liten grej,
och det kommer gå fortare.
03:38
and that's really only limited
by our test setup.
by our test setup.
73
206598
2362
Ungefär så ligger vi till idag.
03:41
But this gives you some idea
of how it works right now.
of how it works right now.
74
208960
2647
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
Vi kan också skriva ut 3D-versioner
som kan klättra över hinder,
som kan klättra över hinder,
03:47
a lot like the cockroach
that you saw earlier.
that you saw earlier.
76
215781
3499
på liknande sätt som ni såg
kackerlackan göra tidigare.
kackerlackan göra tidigare.
03:51
But ultimately we want to add
everything onboard the robot.
everything onboard the robot.
77
219280
2886
Målet är att lägga samman allt i en robot.
03:54
We want sensing, power, control,
actuation all together,
actuation all together,
78
222166
3693
Vi vill ha känsel, kraft,
styrsystem och drivkraft,
styrsystem och drivkraft,
03:58
and not everything
needs to be bio-inspired.
needs to be bio-inspired.
79
225859
2906
och allt måste inte vara bio-inspirerat.
04:00
So this robot's about
the size of a Tic Tac.
the size of a Tic Tac.
80
228765
3135
Den här roboten är ungefär
lika stor som en Tic Tac,
lika stor som en Tic Tac,
04:04
And in this case, instead of magnets
or muscles to move this around,
or muscles to move this around,
81
231900
3949
och istället för att använda magneter
eller muskler för att få den att röra sig
eller muskler för att få den att röra sig
04:08
we use rockets.
82
235849
2425
så använder vi raketer.
04:10
So this is a micro-fabricated
energetic material,
energetic material,
83
238274
2666
Det här är ett småskaligt
ljuskänsligt material
ljuskänsligt material
04:13
and we can create tiny pixels of this,
84
240940
2599
som vi gör små pixlar av.
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
Vi kan fästa en liten pixel på magen
på den här roboten,
på den här roboten,
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
och den kommer att hoppa
när den känner att ljusstyrkan ökar.
när den känner att ljusstyrkan ökar.
04:24
So the next video is one of my favorites.
87
252645
1973
Nästa video är en av mina favoriter.
04:26
So you have this 300-milligram robot
88
254618
3040
En 300 milligrams robot
04:29
jumping about eight
centimeters in the air.
centimeters in the air.
89
257658
2406
som hoppar åtta centimeter upp i luften.
04:32
It's only four by four
by seven millimeters in size.
by seven millimeters in size.
90
260064
2910
Den är bara 4 x 4 x 7 millimeter stor.
04:35
And you'll see a big flash
at the beginning
at the beginning
91
262974
2156
Ni ser en stor blixt i början
04:37
when the energetic is set off,
92
265130
1492
när raketpixeln utlöses
04:38
and the robot tumbling through the air.
93
266622
1908
och roboten flyger fram genom luften.
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
Först den stora blixten
04:42
and you can see the robot
jumping up through the air.
jumping up through the air.
95
270139
3197
och sedan ser man roboten
hoppa upp genom luften.
hoppa upp genom luften.
04:45
So there's no tethers on this,
no wires connecting to this.
no wires connecting to this.
96
273336
3032
Den sitter inte fast i något, inga snören.
04:48
Everything is onboard,
and it jumped in response
and it jumped in response
97
276368
2494
Den har allt inbyggt, och den hoppade
för att en student tände
en bordslampa bredvid den.
en bordslampa bredvid den.
04:51
to the student just flicking on
a desk lamp next to it.
a desk lamp next to it.
98
278862
4381
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
Jag tror ni kan föreställa er
alla coola saker vi skulle kunna göra
alla coola saker vi skulle kunna göra
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
med robotar som kan springa, hoppa, rulla,
och som är av den här storleksordningen.
och som är av den här storleksordningen.
05:03
Imagine the rubble that you get after
a natural disaster like an earthquake.
a natural disaster like an earthquake.
101
291604
3790
Tänk er spillrorna efter en naturkatastrof
som till exempel en jordbävning.
som till exempel en jordbävning.
05:07
Imagine these small robots
running through that rubble
running through that rubble
102
295394
2559
Tänk er små robotar
som far runt bland spillrorna
som far runt bland spillrorna
05:10
to look for survivors.
103
297953
2218
i jakt på överlevande.
05:12
Or imagine a lot of small robots
running around a bridge
running around a bridge
104
300171
2956
Eller tänk er en massa små robotar
som springer runt på en bro
som springer runt på en bro
05:15
in order to inspect it
and make sure it's safe
and make sure it's safe
105
303127
2159
för att inspektera
och kolla att den är säker
och kolla att den är säker
05:17
so you don't get collapses like this,
106
305286
2040
så man inte drabbas av ras som det här,
05:19
which happened outside of
Minneapolis in 2007.
Minneapolis in 2007.
107
307326
3907
som hände utanför Minneapolis 2007.
Föreställ er vad man skulle kunna göra
05:23
Or just imagine what you could do
108
311233
1762
05:25
if you had robots that could
swim through your blood.
swim through your blood.
109
312995
2523
om man hade robotar
simmandes runt i sitt blodomlopp.
simmandes runt i sitt blodomlopp.
05:27
Right? "Fantastic Voyage," Isaac Asimov.
110
315518
2333
Som i "Den fantastiska resan"
av Isaac Asimov.
av Isaac Asimov.
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
Eller att man skulle kunna operera
utan att behöva skära i dig.
utan att behöva skära i dig.
05:34
Or we could radically change
the way we build things
the way we build things
112
322206
2730
Vi skulle kunna ändra radikalt på
hur vi bygger saker
hur vi bygger saker
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
om man fick våra små robotar att jobba
på samma sätt som termiter.
på samma sätt som termiter.
05:40
and they build these incredible
eight-meter-high mounds,
eight-meter-high mounds,
114
328343
2765
De bygger sådana här
otroliga åttameters högar,
otroliga åttameters högar,
05:43
effectively well ventilated
apartment buildings for other termites
apartment buildings for other termites
115
331108
4088
som helt enkelt är väl ventilerade
flerfamiljshus för termiter
flerfamiljshus för termiter
05:47
in Africa and Australia.
116
335196
2091
i Afrika och Australien.
05:49
So I think I've given you
some of the possibilities
some of the possibilities
117
337287
2430
Jag har visat några av de möjligheter
05:51
of what we can do with these small robots.
118
339717
2437
vi har med små robotar.
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
Vi har gjort framsteg,
men det finns mycket kvar att göra,
men det finns mycket kvar att göra,
05:58
and hopefully some of you
can contribute to that destination.
can contribute to that destination.
120
346561
2858
och kanske kan några av er
hjälpa till att nå målet.
hjälpa till att nå målet.
Tack så mycket!
06:01
Thanks very much.
121
349419
1768
06:03
(Applause)
122
351187
2204
(Applåder)
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