Meine Studenten und ich
arbeiten an winzigen Robotern.
Wir können sie als Roboterversionen
von Tieren betrachten,
die uns allen bekannt sind: Ameisen.
Wir wissen, dass Ameisen und
Insekten ähnlicher Größe
sehr erstaunliche Dinge tun können.
Wir alle haben Gruppen
von Ameisen oder dergleichen gesehen,
die unsere Kartoffelchips
bei einem Picknick wegtragen.
Aber was sind die wahren Herausforderungen
beim Bau dieser Ameisen?
Zuerst einmal: Wie bekommen wir
die Fähigkeiten der Ameisen
in einen Roboter der gleichen Größe?
Zuerst müssen wir einen
Bewegungsmechanismus
für diese kleinen Roboter finden.
Wir benötigen Mechanismen
wie Beine und Motoren,
um die Fortbewegung zu unterstützen,
sowie Sensoren, Energie und Steuerung,
um alle Aspekte in einem semi-
intelligenten Ameisenroboter zu vereinen.
Damit sie am Ende zweckmäßig sind,
sollen viele von ihnen zusammenwirken
um gemeinsam größere
Aufgaben zu bewältigen.
Ich beginne mit der Mobilität.
Insekten bewegen sich
erstaunlich geschickt.
Dieses Video der UC Berkeley
zeigt eine Kakerlake,
die sich auf sehr unwegsamem Gelände
bewegt ohne umzukippen.
Sie kann das, da ihre Beine
sowohl aus starren Materialien,
wie wir sie üblicherweise
für den Bau von Robotern benutzen,
und weichen Materialien bestehen.
Springen ist auch eine sehr interessante
Fortbewegungsart, wenn man so klein ist.
Diese Insekten speichern
Energie in einer Sprungfeder
und setzen sie schnell wieder frei,
um aus dem Wasser hüpfen zu können.
Einer der größten Beiträge meines Labors
war die Kombination aus
weichen und starren Materialien
in sehr, sehr kleinen Mechanismen.
Dieser Sprungmechanismus misst
etwa vier Millimeter an jeder Seite,
also extrem klein.
Das starre Material ist Silizium
und das weiche Material Silikon-Kautschuk.
Die Idee dahinter ist,
es zusammenzudrücken,
Energie in den Sprungfedern zu speichern
und beim Sprung freizusetzen.
Dies funktioniert
ohne Motoren, ohne Antrieb.
Es wird mit einer Methode ausgeführt,
die wir in meinem Labor
„Doktorand mit Pinzette“ nennen.
Im nächsten Video sehen Sie
einen kleinen Kerl,
der erstaunliche Sprünge vollbringt.
Das ist Aaron, der besagte
Doktorand mit Pinzette,
und ein vier Millimeter
kleiner Mechanisums,
der fast 40 Zentimeter hoch springt.
Das ist fast das Hundertfache
seiner eigenen Größe.
Er übersteht das, prallt vom Tisch ab,
ist unglaublich robust und überlebt,
bis wir ihn verlieren,
weil er so winzig ist.
(Gelächter)
Letztendlich wollen wir auch
Motoren hinzufügen.
Einige Studenten im Labor arbeiten
an millimeterkleinen Motoren,
die in kleine autonome
Roboter integriert werden sollen.
Um Mobilität und Fortbewegung
in dieser Größenordnung
in Betracht ziehen zu können,
schummeln wir mit Magneten.
Was Sie hier sehen, wird einmal Teil
eines Mikroroboter-Beins.
Sie sehen Gelenke aus Silikon-Kautschuk
und einen integrierten Magneten,
der durch ein externes
Magnetfeld bewegt wird.
Dies ergibt den Roboter,
den ich zuvor gezeigt habe.
Interessanterweise hilft uns
dieser Roboter zu verstehen,
wie sich Insekten dieser Größe bewegen.
Wir wissen recht gut, wie sich Tiere,
von der Kakerlake bis
zum Elefanten, bewegen.
Wir bewegen uns alle auf diese
federnde Art, wenn wir laufen.
Bei sehr kleiner Größe beeinflussen
die Kräfte zwischen meinen Füßen
und dem Boden die Fortbewegung
viel mehr als meine Masse,
was diese federnde Bewegung erzeugt.
Dieser kleine Kerl
funktioniert noch nicht ganz,
doch größere Versionen
laufen bereits umher.
Dieser ist etwa einen Zentimeter
hoch und breit, sehr klein also,
und läuft pro Sekunde
seine zehnfache Körperlänge,
das sind 10 cm pro Sekunde,
sehr schnell für ein so winziges Kerlchen.
Begrenzt ist das nur
durch unseren Testaufbau.
Doch dies zeigt Ihnen grob,
wie es zurzeit funktioniert.
Wir drucken Roboter auch in 3D
und lassen sie über Hindernisse laufen,
wie die Kakerlake zuvor.
Im Endeffekt wollen wir alles
auf dem Roboter anbringen:
Abtastung, Antrieb, Bedienung,
Bewegung, alles zusammen,
und nicht alles muss zwingend
von der Natur inspiriert sein.
Dieser Roboter ist in etwa
so groß wie ein Tic Tac,
und anstelle von Magneten oder
Muskeln zur Fortbewegung
verwenden wir Raketen.
Dies ist ein mikrofeines,
dynamisches Material,
von dem wir Kleinstteile anfertigen
und diese am Bauch des Roboters
anbringen können.
So springt dieser Roboter,
sobald er eine Lichtzunahme wahrnimmt.
Das ist einer meiner Lieblingsfilme:
Sie sehen einen 300 mg leichten Roboter,
der etwa 8 cm hoch in die Luft hüpft.
Er misst gerade mal 4 x 4 x 7 Millimeter.
Am Anfang sehen Sie einen hellen Blitz,
wenn Energie freigesetzt wird
und der Roboter durch die Luft wirbelt.
Hier sah man den hellen Blitz
und Sie sehen den Roboter hochspringen.
Das funktioniert ganz ohne
Leinen oder Drähte,
alles ist an Bord,
und sein Sprung ist die Reaktion
auf eine Schreibtischlampe,
die ein Student einschaltet.
Sie können sich all die Dinge vorstellen,
die wir mit so kleinen Robotern,
die laufen, kriechen, springen
und rollen, machen können.
Denken Sie an die Trümmer nach einer
Naturkatastrophe wie einem Erdbeben.
Stellen Sie sich vor, wie
diese kleinen Roboter
in den Trümmern nach Überlebenden suchen.
Stellen Sie sich vor,
wie viele dieser kleinen Roboter
eine Brücke auf deren Sicherheit prüfen,
um Einstürze wie diesen
vor Minneapolis im Jahr 2007 zu vermeiden.
Stellen Sie sich vor, was möglich wäre,
wenn kleine Roboter
durch Ihren Blutkreislauf schwimmen:
"Die Fantastische Reise", Isaac Asimov.
Man könnte operieren, ohne den Patienten
dafür aufschneiden zu müssen.
Wir könnten die Art ändern,
wie wir Dinge bauen,
wenn winzige Roboter
wie Termiten arbeiten,
die diese unglaublichen
8 Meter hohen Hügel bauen,
gut gelüftete Wohnblöcke
für andere Termiten
in Afrika und Australien.
Ich denke, ich habe Ihnen gezeigt,
was wir mit diesen kleinen Robotern
alles tun können.
Wir haben bereits einige
Fortschritte gemacht,
doch es liegt noch ein weiter Weg vor uns.
Ich hoffe, einige von Ihnen
werden dazu beitragen. Vielen Dank.