Winzige Roboter mit rießigem Potenzial.

Kommen Sie mit auf eine Reise in die Mikrowelt! Die Roboteringenieure Paul McEuen und Marc Miskin erklären, wie sie Mikroroboter so klein wie eine einzige Zelle, angetrieben von atomisch dünnen Beinchen, entwickeln und serienmäßig herstellen -- und sie zeigen wie diese Maschinen eines Tages gesteuert werden könnten, um unsere Ernte von Ungeziefer zu befreien oder Ihr Gehirn auf Neuronenebene zu untersuchen.

Mark Miskin:
Das ist ein Rädertierchen.

Es ist ein Mikroorganismus,
ungefähr eine Haaresbreite groß.

Sie leben überall auf der Erde --
Salzwasser, Süßwasser, überall --

und dieses hier ist auf Nahrungssuche.

Ich weiß noch, als ich
zum ersten Mal so ein Ding sah,

ich war acht Jahre alt,
und komplett hin und weg.

Hier ist diese unglaublich kleine Kreatur,

es jagt, es schwimmt,

es lebt vor sich hin,

aber sein ganzes Universum

passt in einen Tropfen Teichwasser.

Paul McEuen:
Dieses kleine Rädertierchen

zeigt uns etwas Erstaunliches.

Es zeigt, man kann eine Machine bauen,

die funktional, komplex
und intelligent ist,

aber das alles in einem
winzig kleinen Packet,

so klein, dass man es
nicht einmal sehen kann.

Den Ingenieur in mir
wirft dieses Ding um,

dass jeder so eine Kreatur
entwerfen könnte.

Aber direkt hinter
dieser Bewunderung, gebe ich zu,

ist ein bisschen Neid.

Ich meine, die Natur kann es.
Warum können wir es nicht auch?

Warum können wir
keine winzigen Roboter bauen?

Ich war nicht der einzige mit dieser Idee.

Tatsächlich haben
in den letzten paar Jahren,

Forscher auf der ganzen Welt,
sich daran versucht,

Roboter zu bauen,

die so winzig sind,
das man sie nicht sehen kann.

Und worüber wir heute sprechen werden,

sind die Anstrengungen
an der Cornell Universität

und jetzt der Universität Pennsylvania,

winzige Roboter zu bauen.

Okay, also, dass ist das Ziel.

Aber wie gehen wir es an?

Wie bauen wir winzige Roboter?

Ausgerechnet Pablo Picasso,

hat uns den ersten Tipp gegeben.

Picasso sagte --

["Gute Künstler kopieren,
brilliante Künstler stehlen."]

(Gelächter)

"Gute Künstler kopieren.
Brilliante Künstler stehlen."

(Gelächter)

Okay. Aber von wem sollen wir stehlen?

Glauben Sie es oder nicht,

die meisten Technologien,
die man braucht,

um winzige Roboter zu bauen,
gibt es bereits.

Die Halbleiterindustrie
wird besser und besser darin,

kleinere und kleinere
Geräte zu entwerfen,

mittlerweile können sie
so etwa eine Million Transistoren

in ein Packet so groß wie, sagen wir,

ein einzelliges Pantoffeltierchen.

Und das gilt nicht nur für Elektronik.

Sie können kleine Sensoren entwerfen,

Leuchtdioden,

ganze Kommunikationspackete,

die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind.

Also, das werden wir machen.

Wir werden diese Technologie stehlen.

Hier ist ein Roboter.

(Gelächter)

Ein Roboter besteht aus zwei Teilen.

Er hat einen Kopf und er hat Beine.

[Stehle das hier: Gehirne]

(Gelächter)

Wir werden das hier
einen beinlosen Roboter nennen,

das klingt vielleicht exotisch,

aber es ist schon an sich ziemlich cool.

Tatsächlich haben die meisten von Ihnen,

heute einen beinlosen Roboter dabei.

Ihr Smartphone ist der Welts
erfolgreichster beinloser Roboter.

In nur 15 Jahren

hat es den gesamten Planeten eingenommen.

Und warum auch nicht?

Es ist so eine wunderbare kleine Machine.

Es ist unglaublich intelligent,

es hat super Kommunikationsfähigkeiten,

und all das in einem Packet,

klein genug, um es in der Hand zu halten.

So etwas würden wir gerne bauen,

aber auf Zellebene verkleinert,

so klein wie ein Pantoffeltierchen.

Und hier ist es.

Das ist unser zellgroßes Smartphone.

Sieht sogar ein bisschen so aus
wie ein Smartphone,

nur, dass es 10.000fach kleiner ist.

Wir nennen es einen OWIC.

Für: Optisch Kabellos
Integrierte Schaltkreise

Na gut, wir sind keine Werbeleute, okay?

(Gelächter)

Aber es ist an sich schon sehr cool.

Dieser OWIC besteht
aus mehreren Teilen.

Oben, an der Spitze,

sind diese kleinen Solarzellen,
sodass man über Lichtsignale,

den kleinen Schaltkreis
da in der Mitte aufwecken kann.

Und der Schaltkreis treibt
eine winzig kleine Leuchtdiode an,

die einem zuflickert und so,
den OWIC kommunizieren lässt.

Im Gegensatz zu Ihrem Handy,

kommuniziert der OWIC mit Licht,

ein bisschen wie
ein winziges Glühwürmchen.

Eine coole Sache an diesen OWICs ist,

dass wir nicht einen
nach dem anderen machen

und alle Einzelteilchen zusammenlöten.

Wir machen riesige Mengen parallel.

Zum Beispiel passen etwa
eine Million OWICs

auf eine einzige vier-Zoll-Scheibe.

Und so wie Ihr Smartphone
verschiedene Apps hat,

kann man verschiedene OWICs haben.

Einige können zum Beispiel
Spannung messen,

andere Temperatur,

wieder andere haben ein Licht,
das durch Blinken zeigt, es ist da.

Also, diese winzigen Geräte
sind ziemlich cool.

Und ich will Ihnen ein bisschen
mehr von ihnen erzählen.

Aber erst zu etwas anderem.

Ein paar Fakten zu Münzen,

die Sie vielleicht noch nicht kennen.

Diese Münze ist etwas älter,

auf der Rückseite ist ein Bild
des Lincoln Memorials.

Aber das erste,
was Sie vielleicht nicht wissen,

wenn Sie näher heranzoomen,
finden Sie etwas im Zentrum.

Sie können tatsächlich
Abraham Lincoln sehen,

wie im echten Lincoln Memorial,
nicht weit von hier.

Was Sie sicherlich nicht wissen,

wenn Sie noch näher heranzoomen --

(Gelächter)

sehen Sie,

da ist tatsächlich ein OWIC
auf Abe Lincoln's Brust.

(Gelächter)

Aber das coole ist,

Sie könnten den ganzen Tag draufstarren,

und Sie würden es nie sehen.

(Gelächter)

Es ist mit bloßem Auge nicht sichtbar.

Diese OWICs sind so klein,

und wir machen so viele auf einmal,

das jeder OWIC weniger
als einen Cent kostet.

Das teuerste an dieser Demo
ist tatsächlich der Sticker,

auf dem "OWIC" steht.

(Gelächter)

Der kostet etwa acht Cent.

(Gelächter)

Wir finden diese Dinger
aus vielen Gründen aufregend.

Zum Beispiel kann man sie als
winzige Sicherheitsmarker nutzen,

besser zuzuordnen als ein Fingerabdruck.

Wir bauen sie auch
in andere medizinische Geräte ein,

für zusätzliche Werte,

und denken sogar darüber nach,
sie ins Gehirn einzubauen

um von einzelnen Neuronen
Messwerte zu bekommen.

Nur eine Sache stimmt nicht
mit diesen OWICs:

Sie sind keine Roboter.

Sie haben nur einen Kopf.

(Gelächter)

Und ich denke, wir sind uns einig,

dass ein halber Roboter,
überhaupt kein richter Roboter ist.

Ohne Beine, haben wir
nicht wirklich etwas.

MM: Okay, also, um einen Roboter
zu bauen, brauchen wir Beine.

Hierfür können wir,
wie sich herausstellt hat,

keine schon vorhandene
Technologie stehlen.

Für winzige Roboterbeine

braucht man Antreiber, bewegliche Teile.

Sie müssen viele verschiedene
Bedingungen erfüllen.

Sie müssen eine geringe Spannung haben.

Und eine geringe Stromstärke.

Aber vor allem, müssen sie klein sein.

Um einen Roboter in Zellgröße zu bauen,

braucht man Beine in Zellgröße.

Nun weiß aber niemand, wie das geht.

Keine bestehende Technologie,
erfüllt all diese Anforderungen.

Um Beine für unsere
winzigen Roboter zu machen,

mussten wir etwas neues entwickeln.

Und das hier haben wir gemacht.

Das ist einer unserer Antreiber,
ich setze ihn unter Spannung.

Wenn ich das tue, sehen Sie,
er rollt sich ein.

Das sieht vielleicht nicht nach viel aus,

aber ein rotes Blutkörperchen
auf dem Bildschirm,

wäre ungefähr so groß.

Das sind unglaublich kleine Kringel.

Unglaublich klein,

und doch kann sich dieses Gerät
ein- und ausrollen,

kein Problem, nichts geht kaputt.

Wie machen wir das?

Der Antreiber besteht
aus einer Platinumschicht,

etwa ein Dutzend Atome dick.

Legt man Platinum in Wasser,

und gibt Spannung darauf,

verbinden sich die Wasseratome
oder sie lösen sich

von der Platinumoberfläche

je nach der verwendeten Spannung.

Das löst Energie aus,

die für spannungskontrollierte
Bewegung genutzt werden kann.

Das Wichtigste hierbei,
war alles ultradünn zu machen.

Dann ist der Antreiber flexibel genug,

sich zu verbiegen ohne zu zerbrechen,

und es kann hierfür die Energie nutzen,

die beim Binden und Lösen
einer Atomschicht entsteht.

Diese Dinger bauen wir natürlich
auch nicht eins nach dem anderen.

Genauso wie die OWICs,

können wir ganz viele parallel herstellen.

Hier haben wir einige tausende Antreiber,

und ich setzte sie einfach unter Spannung,

und sie winken alle,

sie sehen aus wie die Beine
einer zukünftige Roboterarmee.

(Gelächter)

Also, jetzt haben wir die Gehirne
und die Muskeln.

Wir haben die Intelligenz,
und die Bewegung.

Die OWICs sind die Gehirne.

Sie geben uns Sensoren
und Stromversorgung,

und sie geben uns ein zweiseitiges
Kommunikationsystem via Licht.

Die Platinumschichten sind der Muskel.

Sie versetzen den Roboter in Bewegung.

Jetzt können wir die beiden Teile
miteinander verbinden

und beginnen unsere winzigen
Roboter zu bauen.

Als erstes wollten wir
etwas richtig Einfaches bauen.

Dieser Roboter läuft
unter Nutzerkontrolle umher.

In der Mitte sind einige Solarzellen
und die Verkabelung.

Das ist der OWIC.

Er ist verbunden mit Beinen
aus Platinumschicht

und die steifen Platten
obendrauf, sagen den Beinen

wie sie sich einrollen,
welche Form sie annehmen sollen.

Je nachdem auf welche Solarzelle
man mit dem Laser zielt,

bewegt sich ein anderes Bein,

sodass der der Roboter umherläuft.

Natürlich machen wir diese hier
auch nicht einen nach dem anderen,

wir machen auch ganz viele auf einmal.

Wir können etwa 1 Million Roboter
auf einer 4-Zoll Scheibe bauen.

Zum Beispiel, das linke Bild,
das ist ein Chip,

und auf diesem Chip sind
etwa 10,000 Roboter.

Nun, in unserer Makrowelt,

sieht das Ding aus wie ein neuer
Mikroprozessor oder so etwas.

Aber legt man diesen Chip
unters Mikroskop,

sieht man abertausende winzige Roboter.

Diese Roboter sind noch festgeklebt.

Sie hängen an der Oberfläche fest,
auf die wir sie gebaut haben.

Damit sie umherlaufen können,
müssen wir sie freilassen.

Wir wollten Ihnen live zeigen,

wie wir die Roboterarmee freilassen,

aber der Prozess benötigt
sehr gefährliche Chemikalien,

also, wirklich fieses Zeug,

und wir sind etwa eine Meile
vom Weißen Haus weg?

Ja. Sie haben es uns nicht machen lassen.

Also --

(Gelächter)

Also wir zeigen Ihnen
stattdessen einen Film. (Lachen)

Was Sie hier sehen ist das finale
Stadium des Roboteraufmarschs.

Wir nutzen Chemikalien,

um den Trägerstoff
unter den Robotern wegzuätzen.

Wenn es sich löst, falten sich
die Roboter in ihre finale Form.

Wie Sie hier sehen,
klappt es bei etwa 90%,

also fast alle dieser 10.000
von uns gebauten Roboter,

ist ein Roboter, den wir dann
aufstellen und nutzen können.

Und wir bringen diese Roboter
auch an verschiedene Orte.

Schauen Sie auf das Video links,
das sind Roboter im Wasser.

Ich komme mit einer Pipette,

und ich kann sie alle aufsaugen. (Lachen)

Wenn man die Roboter wieder
aus der Pipette spritzt,

sind sie unversehrt.

Diese Roboter sind so klein,

klein genug, dass sie
durch die kleinste Kanüle passen,

die es zu kaufen gibt.

Ja, also wenn Sie wollten,

könnten Sie sich selbst
Roboter injizieren.

(Gelächter)

Ich glaube, die finden das toll.

(Gelächter)

Rechts ist ein Roboter, den wir
in Teichwasser gesetzt haben.

Warten Sie einen Moment.

Ups! (Lachen)

Haben Sie das gesehen? Das war kein Hai.

Das war ein Pantoffeltierchen.

Also in dieser Welt leben diese Dinger.

Alles schön und gut,

aber vielleicht fragen Sie sich jetzt,

"Na, können sie denn laufen?"

Das ist doch ihre Aufgabe.
Sollte man doch hoffen.

Also, schauen wir mal.

Okay, hier ist ein Roboter und hier
in der Mitte seine Solarzellen,

diese kleinen Rechtecke.

Schauen Sie mal auf die Solarzelle
am oberen Rand der Folie.

Sehen Sie den kleinen weißen Punkt?

Das ist ein Laserpunkt.

Schauen Sie was passiert,

wenn wir den Laser zwischen
verschiedenen Solarzellen wechseln.

Er läuft los! (Lachen)

(Applaus)

Ja!

(Applaus)

Da maschiert der Roboter
durch die Mikrowelt.

Was noch cool an diesem Video ist:

Ich steuere den Roboter in diesem Video.

Sechs Monate lang war es mein Job,

zellgroße Roboter
mit Laserstrahlen zu beschießen,

um sie durch die Mikrowelt zu steuern.

Das war wirklich mein Job.

Soweit ich weiß,
ist das der coolste Job der Welt.

(Gelächter)

Es war einfach das absolut
aufregende Gefühl,

dass man das Unmögliche tut.

Ein Gefühl der Bewunderung,

wie als ich zum ersten Mal
durch ein Mikroskop schaute,

als Kind, das auf dieses
Rädertierchen schaut.

Nun, ich bin Vater, ich habe einen Sohn

und er ist etwa drei Jahre alt.

Aber eines Tages, wird er durch
ein Mikroskop wie dieses blicken.

Und ich frage mich oft:

Was wird er sehen?

Statt die Mikrowelt nur zu beobachten,

können wir Menschen jetzt
Technologie entwickeln, die sie formt,

die mit ihr interagiert,

die sie verändert.

In 30 Jahren, wenn mein Sohn
so alt ist wie ich jetzt,

was werden wir mit dieser Fähigkeit tun?

Werden Mikroroboter
in unserem Blutkreislauf leben,

so vielzählig wie Bakterien?

Werden Sie auf unserer Ernte
leben und Ungeziefer vernichten?

Werden Sie uns sagen,
wenn wir Infektionen haben,

oder werden sie Krebs,
Zelle für Zelle, bekämpfen?

PM: Das coole ist,

Sie werden an dieser Revolution
teilhaben können.

In zehn Jahren oder so,

wenn Sie Ihr neues
IPhone 15x Moto kaufen --

oder wie es auch heißt

(Gelächter)

liegt vielleicht ein winziges Gefäß bei,

mit ein paar tausend kleinen Robotern,

die Sie per Smartphone App
kontrollieren können.

Also wenn Sie auf einem
Pantoffeltierchen reiten wollen --

los geht's!

Wenn Sie -- was weiß ich --

auf der kleinsten Roboter
Tanzparty auflegen wollen --

machen Sie's!

(Gelächter)

Ich bin jedenfalls
sehr gespannt auf diesen Tag.

MM: Dankeschön.

(Applaus)