Мои студенты и я работаем над созданием
крохотных роботов.
Вы можете представить их
как роботизированную версию того,
с чем вы очень хорошо знакомы, —
муравья.
Мы все знаем, что муравьи
и другие насекомые такого размера
могут делать что-то
совершенно невероятное.
Мы все видели группу муравьёв
или нечто подобное,
уносящую картофельные чипсы
на пикнике, например.
Но каковы реальные трудности
в разработке таких муравьёв?
В первую очередь, как у нас появляется
возможность создания
роботизированного муравья
такого же размера?
Для начала нам нужно понять,
как заставить их двигаться
при таких маленьких размерах.
Нужны механизмы, такие, как ноги,
и достаточно мощные моторы,
чтобы поддерживать передвижение.
Нужны датчики, питание и управление,
чтобы соединить всё вместе
в полуинтеллектуальном роботе-муравье.
И, наконец, чтобы действительно
создать из этого нечто полезное,
нам нужно, чтобы много их работало вместе
для реализации более важных вещей.
Я начну с подвижности.
Насекомые передвигаются
удивительно хорошо.
Это видео из Университета Калифорнии
в Беркли
показывает таракана, передвигающегося
по очень неровной поверхности,
при этом не переворачиваясь.
Он способен делать это,
потому что его конечности
являются сочетанием жёстких материалов,
обычно используемых в создании роботов,
и мягких материалов.
Прыжки — это ещё один интересный способ
передвижения маленьких насекомых.
Эти насекомые хранят энергию в пружинных
механизмах и быстро высвобождают её,
чтобы получить высокую мощность
для совершения прыжка из воды, например.
Одним из крупных вкладов
моей лаборатории
было объединение жёстких
и мягких материалов
в очень, очень маленьких механизмах.
Размер этого прыгающего механизма
примерно 4 миллиметра —
действительно крошечный.
Твёрдый материал здесь кремний,
а мягкий — силиконовый каучук.
Основной идеей является то,
чтобы сжать его,
сохранить энергию в пружинах,
а затем высвободить для прыжка.
Таким образом, там пока нет моторов,
нет питания.
Всё приводится в действие методом,
который мы в лаборатории называем
«аспирант с пинцетом».
(Смех)
В следующем видео вы увидите,
как этот малыш преуспевает в прыжках.
Это Ааарон, аспирант,
о котором идёт речь, с пинцетом.
Вы видите,
как этот четырёхмиллиметровый механизм
прыгает почти на 40 см в высоту.
Это почти в 100 раз превышает его длину.
И он не ломается,
он отскакивает от стола.
Он невероятно крепок
и достаточно надёжно работает до тех пор,
пока мы его не потеряем,
потому что он очень маленький.
В перспективе всё равно
мы хотим добавить к нему мотор,
и у нас есть студенты в лаборатории,
работающие с миллиметровыми моторами,
чтобы в итоге интегрировать их
в маленьких, автономных роботов.
Но, чтобы увидеть подвижность
и перемещение в таком масштабе,
мы прибегаем к хитрости
и используем магниты.
Здесь показано, что в итоге
станет частью конечности микроробота:
можно увидеть суставы
из силиконового каучука,
внутри которых встроен магнит,
перемещающийся под воздействием
внешнего магнитного поля.
Вот так получается робот,
которого я показала вам ранее.
Крайне интересно то, что этот робот
может помочь нам понять,
как насекомые передвигаются
в таком масштабе.
У нас есть очень хорошая модель того,
как двигаются все — от таракана до слона.
Мы все двигаемся немного подпрыгивая,
когда бежим.
Но, если я очень маленького размера,
то силы между ногами и землёй
повлияют на моё передвижение
гораздо сильнее, чем моя масса,
что и вызывает подпрыгивающее движение.
Вот этот малыш ещё не совсем работает,
но у нас есть чуть более крупные
экземпляры, которые умеют бегать.
Вот этот, размером с кубический сантиметр,
совсем маленький,
и нам удалось заставить его пробега́ть
почти по 10 см в секунду.
Это достаточно быстро
для маленького робота
и пока ограничивается
только нашими тестовыми установками.
Это даёт вам представление о том,
как сейчас работают такие роботы.
Мы также можем создавать 3D-печатные
версии роботов, которые могут
преодолевать препятствия почти как тараканы,
которых вы видели ранее.
В конечном итоге мы хотим добавить
все функции роботам:
чувствительность, мощность, управление,
приведение в действие — всё вместе.
При этом не всё должно быть основано
на биологии.
Этот робот размером примерно с «Тик-Так».
В его случае вместо магнитов или мышц
для движения
мы используем ракеты.
Это микроизготовленный
энергетический материал.
Мы можем создать крошечные элементы
этого материала
и поместить один из них
на робота.
Впоследствии этот робот совершит прыжок,
когда почувствует повышение освещённости.
Следующее видео — одно из моих любимых.
Вот этот 300-милиграммовый робот
подпрыгивает в воздух на 8 см.
Его размер всего 4х4х7 мм.
Вначале вы увидите большую вспышку,
когда взрывается энергетический материал.
А затем робот кружится в воздухе.
Вот произошла вспышка,
и вы видите,
как робот подпрыгивает в воздух.
К нему не привязаны тросы,
не подсоединены провода.
Всё встроено,
и робот подпрыгнул из-за того,
что студент просто зажёг
настольную ламу рядом с ним.
Я думаю, вы можете представить все
невероятные вещи, которые можно делать
с роботами, способными ползать, вращаться,
бегать, прыгать в масштабе таких размеров.
Представьте обломки после стихийного
бедствия, такого как землетрясение.
И представьте маленьких роботов,
бегающих по этим обломкам
в поисках выживших.
Или представьте кучу маленьких роботов,
бегающих вдоль моста,
чтобы изучить его
и убедиться в его безопасности,
чтобы не происходили такие обрушения,
как это, случившееся за пределами
Миннеаполиса в 2007 году.
Представьте,
что можно было бы сделать,
если бы у нас были роботы,
способные передвигаться в кровеносных сосудах.
Прямо «Фантастическое путешествие»
Айзека Азимова.
Врачи могли бы оперировать,
не делая привычных надрезов.
Или же мы в корне могли бы изменить
подход к строительству,
если бы наши крохотные роботы
работали так же, как это делают термиты.
Они строят эти невероятные
восьмиметровые холмы —
прекрасно вентилируемые многоквартирные
дома для других термитов
в Африке и Австралии.
Так что, я думаю, что дала вам
примеры того,
что мы можем делать при помощи
этих маленьких роботов.
Мы уже достигли некоторых успехов,
но ещё предстоит пройти долгий путь,
и я надеюсь, что кто-то из вас
сможет внести свой вклад в это дело.
Спасибо большое.
(Аплодисменты)