Miért készítünk rizsszemnyi robotokat?

A rovarok, például a hangyák testének és mozgásának tanulmányozásával Sarah Bergbreiter és a csapata csúszómászók hihetetlenül erős és nagyon apró mechanikus változatait építi meg, majd rakétákkal egészíti ki. Nézzék a döbbenetes mikrorobotikai fejlesztéseiket, és halljanak három területről, ahol ezek a kicsi segítők használhatóak lesznek a jövőben.

A tanítványaimmal
nagyon apró robotokon dolgozunk.

Ezeket úgy képzelhetik,
mint a robotizált változatát

egy mindenki által jól ismert állatnak:
a hangyának.

Mindannyian tudjuk, hogy a hangyák
és más ilyen apró rovarok

hihetetlen dolgokra képesek.

Mindenki látta már, amikor például
egy csoport hangya vagy hasonló,

egy pikniken elcipel
egy darab sült krumplit.

De melyek az igazi kihívások
ezeknek a hangyáknak a tervezésében?

Nos, először is, hogyan tudjuk kialakítani
egy hangya képességeit

egy hasonló méretű robotban?

Először is rá ki kell találnunk,
hogyan mozgathatjuk őket,

mikor olyan kicsik.

Szükségünk van olyan mechanizmusokra,
mint a lábak,

és hatékony motorokra
a mozgatásukhoz,

továbbá kellenek szenzorok,
áram és vezérlés,

hogy minden együtt legyen
egy kváziintelligens hangyányi robotban.

Végül, a teljes funkcionalitás érdekében
azt akarjuk,

hogy tudjanak többen együtt dolgozni,
nagyobb feladatok elvégzése érdekében.

A mozgékonysággal kezdeném.

A rovarok csodálatosan jól mozognak.

Ez egy videó a UC Berkeley-ről.

Bemutatja egy svábbogár mozgását
egy egyenetlen területen,

felborulás nélkül.

Azért képes erre, mert lábait
a hagyományosan robotkészítéshez használt

merev anyagok és puha anyagok

kombinációja alkotja.

Az ugrás egy másik nagyon érdekes módja a
jövés-menésnek, ha kicsik vagyunk.

Így ezek a rovarok rugókban tárolják az
energiát, és ezért tudnak igazán gyorsan

nagy energiához jutni,
például a vízen ugráláshoz.

Így a laborom egyik legnagyobb eredménye

a merev és a puha anyagok összekötése volt

nagyon, nagyon kicsi szerkezetekben.

Ez az ugrószerkezet kb. 4 mm hosszú,

így igazán apró.

Itt a kemény anyag a szilícium,
a puha anyag pedig szilikongumi.

Az alapötlet az, hogy ezt összenyomjuk,

az energiát a rugókban tároljuk,
majd az ugráshoz elengedjük.

Így nincsenek motorok rajta,
emiatt most, nincs áram.

Ezt a mozgatórendszert a laborban
úgy hívjuk, hogy

"doktorandusz csipesszel".
(Nevetés)

Mint láthatják a következő videóban,

ez a fickó csodálatosan jól
hajtja végre ezt az ugrást.

Nos, ez itt Aaron, a szóban forgó
hallgató, a csipesszel,

és mint látják, ez a 4 mm-es szerkezet

majdnem 40 cm magasra ugrik.

Ez majdnem százszorosa a saját hosszának.

És túléli az ugrálásokat az asztalon.

Hihetetlenül robusztus, és természetesen
életben marad, amíg el nem veszítjük,

mert ugyebár, nagyon apró.

Végső soron, majd motorokat is
akarunk szerelni bele,

így diákjaink a laborban milliméteres
motorokon is dolgoztak,

amelyek végül beintegrálhatóak
ezekbe az apró autonóm robotokba.

Hogy megnézzük a mozgékonyságot és
helyváltoztatást ebben a mérettartományban,

kicsit csalunk és mágnest használunk.

Itt látható, mi lenne végül is
egy mikrorobot lábának a része,

és láthatják a szilikongumi ízületeket,

és ott van egy beágyazott mágnes,

amit egy külső mágneses mező mozgat.

Tehát ez vezet a robothoz,
amit korábban mutattam.

Az igazán érdekes dolog, hogy
ez a robot segíthet nekünk megállapítani,

hogyan mozognak a rovarok ilyen méretnél.

Egy jó modellünk van
minden mozgás tanulmányozására

a csótánytól az elefántig.

Valamennyien ilyen ugrálósan mozgunk,
amikor futunk.

De amikor nagyon kicsi vagyok,
a lábaim és a föld közötti erők

sokkal jobban befolyásolják
a mozgásomat, mint a tömegem,

és ez okozza azt az ugrálós mozgást.

Így ez a fickó még nem működik elég jól.

De vannak már kicsivel nagyobb változatok,
amelyek tényleg szaladgálnak.

Nos ez egy kb. 1cm-es kocka,
1 cm hosszú egy oldala, tehát igen apró,

és rá tudtuk venni, hogy másodpercenként
kb. 10 testhossznyi,

azaz 10 cm/s sebességgel fusson.

Ez elég gyors egy ilyen kis fickónak,

és ezt igazán csak
a tesztkörnyezetünk korlátozza.

Azonban ez ad néhány ötletet,
hogyan működik ez most.

Tudunk 3D-s nyomtatott változatokat is
készíteni, ezek akadályokon is átkelnek,

a korábban látott csótányokhoz hasonlóan.

De végső soron mindent
be akarunk építeni magába a robotba.

Egyszerre akarunk érzékelést, energiát,
vezérlést és mozgatást,

és nem kell mindenhez
az ötletet a biológiából venni.

Ez a robot kb. akkora, mint egy Tic-Tac.

Ebben az esetben, a mágnesek és izmok
helyett a mozgatásához

rakétákat használunk.

Nos, ez egy mikromegmunkált
energiahordozó anyag,

apró képpontokat tudunk készíteni belőle,

és egy ilyen képpontot el tudunk helyezni
ennek a robotnak a hasán.

Ez a robot ezután ugrani fog,
amikor erős fényt érzékel.

Ez a videó az egyik kedvencem.

Itt látnak egy 300 mg-os robotot,

amint 8 cm magasra ugrik a levegőbe.

A mérete mindössze 4 x 4 x 7 mm.

Látni fognak egy nagy villanást
az elején,

amikor az energia felszabadul,

és a robot hánykolódik a levegőben.

Na, ez volt az a nagy villanás,

és láthatják, ahogy a robot felugrik
a levegőbe.

Nincsenek rajta zsinórok,
nincsenek vezetékek.

Minden bele van építve,
és már ugrik is,

amikor a hallgató a mellette lévő
lámpát felvillantja.

Azt hiszem, el tudják képzelni,
milyen új dolgokat, csinálhatunk

ilyen méretű, futni, mászni, ugrani
és forogni képes robotokkal.

Képzeljék el egy természeti katasztrófa,
például egy földrengés utáni törmeléket.

Képzeljék el ezeket a robotokat,
ahogy átnézik ezt a törmeléket,

túlélőket keresve.

Vagy képzeljenek el sok kis robotot,
amelyek egy hídon szaladgálva

ellenőrzik és vizsgálják,
hogy az biztonságos-e,

és nem omlik össze önök alatt, mint ez

2007-ben, Minneapolis közelében.

Vagy csak képzeljék el,
hogy mit tehetnének,

ha lennének robotjaik, amelyek
tudnak úszni a vérükben.

Ugye? "Fantasztikus utazás", Isaac Asimov.

Vagy tudnának operálni anélkül,
hogy előtte fel kéne vágni önöket.

Vagy gyökeresen tudnánk
változtatni az építkezéseken,

ha lennének apró robotjaink, amelyek
ugyanúgy dolgoznak, mint a termeszek,

és felépítik ezeket a hihetetlen,
nyolc méter magas halmokat,

hatékonyan és jól szellőztethető
lakóépületeket más termeszeknek

Afrikában és Ausztráliában.

Azt hiszem, mutattam önöknek
néhány dolgot,

hogy mi mindent lehet csinálni
kicsi robotokkal.

Már eljutottunk valameddig,
de hosszú utat kell még bejárnunk,

és remélhetőleg önök közül is néhányan
majd hozzájárulnak

a cél eléréséhez.
Nagyon köszönöm.

(Taps)