ABOUT THE SPEAKER
Sarah Bergbreiter - Microroboticist
Sarah 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.

More profile about the speaker
Sarah Bergbreiter | Speaker | TED.com
TEDYouth 2014

Sarah Bergbreiter: Why I make robots the size of a grain of rice

莎拉.博格布萊特: 為何我要製造米粒般大小的機器人

Filmed:
1,663,866 views

通過研究昆蟲(如螞蟻)的運動和形體,莎拉.博格布萊特和她的團隊打造了令人難以置信般強勁、超小型的爬行機器人......然後,他們往其中加入了火箭。來看看他們在微型機器人領域令人驚嘆的發展,並聽聽我們在未來可能使用這些小幫手的三種方式。
- Microroboticist
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學生們 and I
work on very tiny robots機器人.
0
564
3645
我的學生們和我致力於建造
微型的機器人,
00:16
Now, you can think of these
as robotic機器人 versions版本
1
4209
2217
你們可以將其想像為
機器人版本的一種你們都很熟悉的生物,
00:18
of something that you're all
very familiar with: an ant螞蟻.
2
6426
3590
螞蟻。
00:22
We all know that ants螞蟻
and other insects昆蟲 at this size尺寸 scale規模
3
10016
2760
我們都知道,
螞蟻和其它這般大小昆蟲
00:24
can do some pretty漂亮 incredible難以置信 things.
4
12776
2236
能夠做到一些令人十分驚奇的事情
00:27
We've我們已經 all seen看到 a group of ants螞蟻,
or some version of that,
5
15012
3185
比如,我們都見識過一群螞蟻
或者類似的昆蟲
00:30
carting卡丁車 off your potato土豆 chip芯片
at a picnic野餐, for example.
6
18197
4270
在野餐時搬走你的薯片。
00:34
But what are the real真實 challenges挑戰
of engineering工程 these ants螞蟻?
7
22467
3443
但是設計這些螞蟻機器人的
真正難處在哪裡呢?
00:38
Well, first of all, how do we get
the capabilities功能 of an ant螞蟻
8
25910
3951
首先,我們如何能夠讓螞蟻大小的機器人
00:42
in a robot機器人 at the same相同 size尺寸 scale規模?
9
29861
2048
獲得螞蟻所擁有的能力呢?
00:44
Well, first we need to figure數字 out
how to make them move移動
10
31909
2604
我們首先需要弄清楚
如何讓這麼小型的機器人動起來。
00:46
when they're so small.
11
34513
1410
我們需要諸如腿的機械裝置
以及高效的馬達
00:48
We need mechanisms機制 like legs
and efficient高效 motors馬達
12
35923
2300
00:50
in order訂購 to support支持 that locomotion運動,
13
38223
1849
來支持機器人的移動,
00:52
and we need the sensors傳感器,
power功率 and control控制
14
40072
2491
我們還需要感應器,
電源和操控系統
00:54
in order訂購 to pull everything together一起
in a semi-intelligent半智能 ant螞蟻 robot機器人.
15
42563
3962
來集中所有零部件到
一個半智能的螞蟻機器人中。
00:58
And finally最後, to make
these things really functional實用,
16
46525
2546
最後,為了讓這些零部件真正運作起來,
01:01
we want a lot of them working加工 together一起
in order訂購 to do bigger things.
17
49071
3948
我們希望能有大批量
這樣的機器人一起協作,
來完成更偉大的任務。
01:05
So I'll start開始 with mobility流動性.
18
53019
2691
所以,我將從移動性開始講起。
01:07
Insects昆蟲 move移動 around amazingly令人驚訝 well.
19
55710
3161
昆蟲擁有令人驚奇的移動能力。
01:11
This video視頻 is from UCUC Berkeley伯克利.
20
58871
1688
這段影片來自加州大學伯克萊分校,
展現了一隻蟑螂爬過
一段相當複雜的路段,
01:12
It shows節目 a cockroach蟑螂 moving移動
over incredibly令人難以置信 rough terrain地形
21
60559
2783
01:15
without tipping小費 over,
22
63342
1853
卻沒有跌倒,
01:17
and it's able能夠 to do this because its legs
are a combination組合 of rigid死板 materials物料,
23
65195
3997
而牠能做到這一點是因為
牠的腿由剛性材料組合而成,
01:21
which哪一個 is what we traditionally傳統
use to make robots機器人,
24
69192
2353
也就是我們傳統用於
製造機器人和軟物質的材料。
01:23
and soft柔軟的 materials物料.
25
71545
1599
01:26
Jumping跳躍 is another另一個 really interesting有趣 way
to get around when you're very small.
26
74374
3827
而體型很小時,
跳躍則是另一種十分有趣的移動方式。
01:30
So these insects昆蟲 store商店 energy能源 in a spring彈簧
and release發布 that really quickly很快
27
78201
4069
比如說,這些昆蟲在彈簧中儲存能量
然後快速地釋放出來
01:34
to get the high power功率 they need
to jump out of water, for example.
28
82270
4011
以獲得牠們跳出水面所需要的高能量。
01:38
So one of the big
contributions捐款 from my lab實驗室
29
86281
3122
因此,我的實驗室
所做出的最大的貢獻之一,
01:41
has been to combine結合
rigid死板 and soft柔軟的 materials物料
30
89403
2750
就是將剛性材料和軟物質
在非常小的的機械裝置中結合。
01:44
in very, very small mechanisms機制.
31
92153
2214
01:46
So this jumping跳躍 mechanism機制
is about four millimeters毫米 on a side,
32
94367
3165
這個跳躍機械裝置的一面
大約是四毫米長,
01:49
so really tiny.
33
97532
1688
非常微小。
此處使用的硬材料是矽,
軟材料則是矽膠。
01:51
The hard material材料 here is silicon,
and the soft柔軟的 material材料 is silicone rubber橡膠.
34
99220
3838
01:55
And the basic基本 idea理念 is that
we're going to compress壓縮 this,
35
103058
2895
這背後基本的想法就是
我們要壓縮這一塊
01:58
store商店 energy能源 in the springs彈簧,
and then release發布 it to jump.
36
105953
2701
然後在彈簧中儲存能量再釋放,
讓它跳躍起來。
02:00
So there's no motors馬達
on board this right now, no power功率.
37
108654
3383
所以現在這塊板上沒有馬達和電源。
02:04
This is actuated促動 with a method方法
that we call in my lab實驗室
38
112037
2763
而這一裝置的實現原理
在我的實驗室中被稱為
02:07
"graduate畢業 student學生 with tweezers鑷子."
(Laughter笑聲)
39
114800
2672
“拿著鑷子的研究生”
(笑)
02:09
So what you'll你會 see in the next下一個 video視頻
40
117472
1834
所以,你將在下一條影片中看到的
02:11
is this guy doing
amazingly令人驚訝 well for its jumps跳躍.
41
119306
3027
是這個跳躍能力很出色的小傢伙。
02:14
So this is Aaron亞倫, the graduate畢業 student學生
in question, with the tweezers鑷子,
42
122333
3614
這位是艾倫,那個拿著鑷子的研究生,
02:18
and what you see is this
four-millimeter-sized四毫米大小 mechanism機制
43
125947
2683
而你將看到的是這個四毫米長的機械裝置
02:20
jumping跳躍 almost幾乎 40 centimeters公分 high.
44
128630
2211
跳躍到幾乎40釐米的高度。
02:23
That's almost幾乎 100 times its own擁有 length長度.
45
130841
2424
大約是它自己長度的100倍。
02:25
And it survives生存, bounces反彈 on the table,
46
133265
1956
而且它倖存了下來,在桌面上彈跳著,
02:27
it's incredibly令人難以置信 robust強大的, and of course課程
survives生存 quite相當 well until直到 we lose失去 it
47
135221
3514
十分強大,並且存活得很好,
直到我們找不到它的时候,
02:30
because it's very tiny.
48
138735
2626
因為它實在太小了。
02:33
Ultimately最終,, though雖然, we want
to add motors馬達 to this too,
49
141361
2609
不過我們最終還是想要
在這個裝置中加上馬達,
02:36
and we have students學生們 in the lab實驗室
working加工 on millimeter-sized毫米大小 motors馬達
50
143970
3116
而我們的實驗室裡也有學生
正在研究毫米尺寸的馬達
02:39
to eventually終於 integrate整合 onto
small, autonomous自主性 robots機器人.
51
147086
3600
以最終將它裝到
小型的自動機器人身上
02:42
But in order訂購 to look at mobility流動性 and
locomotion運動 at this size尺寸 scale規模 to start開始,
52
150686
3581
但是為了觀察如此微小的裝置的
機動性和移動能力,
02:46
we're cheating作弊 and using運用 magnets磁鐵.
53
154267
1974
我們“作弊”並使用了磁鐵。
02:48
So this shows節目 what would eventually終於
be part部分 of a micro-robot微型機器人 leg,
54
156241
3076
這條影片展現了最终將會成為
微型機器人的腿的那一部份,
02:51
and you can see the silicone rubber橡膠 joints關節
55
159317
2017
而你可以看到矽膠製成的接合點
02:53
and there's an embedded嵌入式 magnet磁鐵
that's being存在 moved移動 around
56
161334
2629
以及一塊被外在磁場控制而
四处移動的嵌入式磁鐵。
02:56
by an external外部 magnetic磁性 field領域.
57
163963
2303
02:58
So this leads引線 to the robot機器人
that I showed顯示 you earlier.
58
166266
2683
這就引向了我之前
為大家展示的那個機器人。
03:02
The really interesting有趣 thing
that this robot機器人 can help us figure數字 out
59
169959
3151
真正有趣的是,這個機器人
能帮助我們弄清楚
03:05
is how insects昆蟲 move移動 at this scale規模.
60
173110
2007
這樣規模的昆蟲是如何移動的。
03:07
We have a really good model模型
for how everything
61
175117
2225
我們有一個很棒的模型來理解
所有大小事物的移動方式,
03:09
from a cockroach蟑螂 up to an elephant moves移動.
62
177342
1962
小到一隻蟑螂,大到一隻大象。
03:11
We all move移動 in this
kind of bouncy有彈性 way when we run.
63
179304
2924
跑步時,我們都以這種彈跳的方式移動。
03:14
But when I'm really small,
the forces軍隊 between之間 my feet and the ground地面
64
182228
4285
但是當我的體型十分微小時,
我雙腳和地面之間的力量
03:18
are going to affect影響 my locomotion運動
a lot more than my mass,
65
186513
2775
會大大影響我的移動,
遠大於影響我的質量,
03:21
which哪一個 is what causes原因 that bouncy有彈性 motion運動.
66
189288
2354
從而就造成了彈跳模式。
03:23
So this guy doesn't work quite相當 yet然而,
67
191642
1675
這個小傢伙還沒能完全正常運作
03:25
but we do have slightly larger versions版本
that do run around.
68
193317
3075
但是我們還有稍大些
能夠四處奔跑的版本。
03:28
So this is about a centimeter厘米 cubed立方,
a centimeter厘米 on a side, so very tiny,
69
196392
3885
這大約是一立方釐米,
每一邊都為一釐米,非常微小,
03:32
and we've我們已經 gotten得到 this to run
about 10 body身體 lengths長度 per second第二,
70
200277
2902
而我們讓它能夠以
每秒十個身長的速度奔跑,
03:35
so 10 centimeters公分 per second第二.
71
203179
1386
也就是每秒10釐米的速度。
03:36
It's pretty漂亮 quick for a little, small guy,
72
204565
2033
對於這麼小的傢伙來說是非常快了,
03:38
and that's really only limited有限
by our test測試 setup建立.
73
206598
2362
而這還僅僅侷限於我們的測試設置。
03:41
But this gives you some idea理念
of how it works作品 right now.
74
208960
2647
但現在這能讓你了解
它是如何運作的了。
03:44
We can also make 3D-printedd-印刷 versions版本
of this that can climb over obstacles障礙,
75
212027
3754
我們也可以製作它的3D打印模型,
可以跨越障礙物的模型,
03:47
a lot like the cockroach蟑螂
that you saw earlier.
76
215781
3499
十分像你們之前看到過的蟑螂。
03:51
But ultimately最終 we want to add
everything onboard在船上 the robot機器人.
77
219280
2886
但是最終我們希望能
把所有部件都安置到機器人身上。
03:54
We want sensing傳感, power功率, control控制,
actuation啟動 all together一起,
78
222166
3693
我們想讓感應、電源、
操控和驅動一同實現,
03:58
and not everything
needs需求 to be bio-inspired仿生.
79
225859
2906
並且不是所有部件都需要是仿生的。
04:00
So this robot's機器人 about
the size尺寸 of a Tic抽搐 TacTAC.
80
228765
3135
而這個機器人差不多是指針大小。
04:04
And in this case案件, instead代替 of magnets磁鐵
or muscles肌肉 to move移動 this around,
81
231900
3949
在這種情況下,
我們並沒有用磁鐵或肌肉,
04:08
we use rockets火箭.
82
235849
2425
而是火箭裝置來使它移動。
04:10
So this is a micro-fabricated微加工
energetic有活力 material材料,
83
238274
2666
這是一片微加工的含能材料,
04:13
and we can create創建 tiny pixels像素 of this,
84
240940
2599
而我們能製造它的微觀像素,
04:15
and we can put one of these pixels像素
on the belly肚皮 of this robot機器人,
85
243539
3787
然後將一塊像素放到這個機器人的腹部,
04:19
and this robot機器人, then, is going to jump
when it senses感官 an increase增加 in light.
86
247326
4396
當這個機器人感應到
光源增加時,就會跳躍。
04:24
So the next下一個 video視頻 is one of my favorites最愛.
87
252645
1973
下一條短片是我的最愛。
04:26
So you have this 300-milligram-毫克 robot機器人
88
254618
3040
你能看到這隻300毫克的機器人
04:29
jumping跳躍 about eight
centimeters公分 in the air空氣.
89
257658
2406
在空中跳躍到大概8釐米高。
04:32
It's only four by four
by seven millimeters毫米 in size尺寸.
90
260064
2910
但它只有4*4*7立方毫米的體積。
04:35
And you'll你會 see a big flash
at the beginning開始
91
262974
2156
在短片的開頭,能看到當能量被釋放時,
有一道大閃光,
04:37
when the energetic有活力 is set off,
92
265130
1492
04:38
and the robot機器人 tumbling翻筋斗 through通過 the air空氣.
93
266622
1908
而機器人就在空中翻跟鬥
04:40
So there was that big flash,
94
268530
1609
所以此時就有一大道閃光,
04:42
and you can see the robot機器人
jumping跳躍 up through通過 the air空氣.
95
270139
3197
然後你就可以看到
機器人在空中翻跟鬥。
04:45
So there's no tethers繫繩 on this,
no wires電線 connecting to this.
96
273336
3032
而這個機器人的身上
沒有栓繩或連接電線,
04:48
Everything is onboard在船上,
and it jumped跳下 in response響應
97
276368
2494
所有的部件都安裝到位了,
當旁邊的一個學生打開了桌面檯燈時,
04:51
to the student學生 just flicking輕拂 on
a desk lamp next下一個 to it.
98
278862
4381
機器人就會受到感應,跳躍起來。
04:55
So I think you can imagine想像
all the cool things that we could do
99
283243
3654
因此我想你能想像到我們用這樣尺寸的,
會跑、會怕、會跳、會滾的機器人,
04:59
with robots機器人 that can run and crawl爬行
and jump and roll at this size尺寸 scale規模.
100
286897
4707
所能做到的很多很酷的事情。
05:03
Imagine想像 the rubble瓦礫 that you get after
a natural自然 disaster災害 like an earthquake地震.
101
291604
3790
想像一下一場自然災害,
如地震發生之後,產生的諸多碎石。
05:07
Imagine想像 these small robots機器人
running賽跑 through通過 that rubble瓦礫
102
295394
2559
想像一下這些微型機器人穿越過碎石
05:10
to look for survivors倖存者.
103
297953
2218
來尋找倖存者。
05:12
Or imagine想像 a lot of small robots機器人
running賽跑 around a bridge
104
300171
2956
或想像一下許多微型機器人跑過一座橋,
05:15
in order訂購 to inspect檢查 it
and make sure it's safe安全
105
303127
2159
檢閱橋的質量,保證它的安全性,
05:17
so you don't get collapses崩潰 like this,
106
305286
2040
因而不至於造成發生在2007年,
05:19
which哪一個 happened發生 outside of
Minneapolis明尼阿波利斯 in 2007.
107
307326
3907
明尼阿波利斯市的橋體坍塌事件。
05:23
Or just imagine想像 what you could do
108
311233
1762
或者就想像一下當這樣的機器人
游過你的血液時的樣子。
05:25
if you had robots機器人 that could
swim游泳 through通過 your blood血液.
109
312995
2523
05:27
Right? "Fantastic奇妙 Voyage航程," Isaac艾薩克 Asimov阿西莫夫.
110
315518
2333
是吧?正如艾薩克·阿西莫夫在
《神奇的旅程》中所描述的一樣。
05:30
Or they could operate操作 without having
to cut you open打開 in the first place地點.
111
317851
4355
然後醫生們從一開始就不需要開腹,
也能進行手術了。
05:34
Or we could radically根本 change更改
the way we build建立 things
112
322206
2730
又或許我們能夠讓
微型機器人像白蟻一般工作,
05:37
if we have our tiny robots機器人
work the same相同 way that termites白蟻 do,
113
324936
3407
從而徹底改變我們建造事物的方式,
05:40
and they build建立 these incredible難以置信
eight-meter-high八米高 mounds土墩,
114
328343
2765
而他們能夠在非洲和澳洲,
為其他白蟻建造難以置信的,
05:43
effectively有效 well ventilated通風
apartment公寓 buildings房屋 for other termites白蟻
115
331108
4088
高效率通風的八米高的土堆。
05:47
in Africa非洲 and Australia澳大利亞.
116
335196
2091
05:49
So I think I've given特定 you
some of the possibilities可能性
117
337287
2430
所以我認為我已經向各位
展示了利用這些微型機器人,
05:51
of what we can do with these small robots機器人.
118
339717
2437
所能實現的許多可能性。
05:54
And we've我們已經 made製作 some advances進步 so far,
but there's still a long way to go,
119
342154
4407
而迄今為止我們也取得了一些進步,
但仍有很長的路要走,
05:58
and hopefully希望 some of you
can contribute有助於 to that destination目的地.
120
346561
2858
希望你們當中也有人能夠為此做出貢獻。
06:01
Thanks謝謝 very much.
121
349419
1768
非常感謝。
06:03
(Applause掌聲)
122
351187
2204
(掌聲)
Translated by Sherry Chen
Reviewed by Aurora Wei

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ABOUT THE SPEAKER
Sarah Bergbreiter - Microroboticist
Sarah 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.

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Sarah Bergbreiter | Speaker | TED.com