Perché costruisco robot della dimensione di un chicco di riso

Studiando i movimenti e i corpi di insetti come le formiche, Sarah Bergbreiter e il suo team costruiscono versioni meccaniche minuscole, incredibilmente robuste di schifose bestioline... e ci aggiungono razzi. Guardate gli incredibili sviluppi della micro-robotica, e tre modi di usare questi piccoli aiutanti in futuro.

I miei studenti ed io lavoriamo
su minuscoli robot.

Vedeteli come versioni robotiche

di una cosa che conoscete bene:
una formica.

Sappiamo che le formiche
e altri insetti in questa scala

possono fare cose incredibili.

Abbiamo visto tutti gruppi di formiche,
o qualcosa di simile,

portarsi via il sacchetto di patatine
a un picnic, per esempio.

Ma quali sono le grandi sfide
nel ricreare queste formiche?

Prima di tutto, come trasferire
le capacità di una formica

in un robot nella stessa scala?

Prima di tutto dobbiamo capire
come farle muovere

quando sono così piccole.

Ci servono meccanismi
come gambe e motori efficienti

per poter gestire la locomozione,

e ci servono sensori, potenza e controllo

per poter mettere tutto insieme
in una formica robot semi-intelligente.

Infine, per rendere queste cose
realmente funzionali,

ce ne servono molte che lavorano insieme
per fare cose più grandi.

Inizierò con la mobilità.

Gli insetti si muovono
meravigliosamente bene.

Questo video è
dell'Università di Berkeley.

Mostra uno scarafaggio che si sposta
su un terreno molto sconnesso

senza ribaltarsi,

ed è capace di farlo perché le sue gambe
sono una combinazione di materiali rigidi,

ossia quello che tradizionalmente
usiamo per fare i robot,

e materiali morbidi.

Saltare è un'altro modo interessante
di spostarsi quando si è molto piccoli.

Questi insetti immagazzinano
energia in una molla

e la rilasciano molto rapidamente

per avere l'energia necessaria
per saltare fuori dall'acqua.

Uno dei grandi contributi
del mio laboratorio

è stato quello di combinare
materiali rigidi e morbidi

in meccanismi molto piccoli.

Questo meccanismo di salto
è di quattro millimetri da un lato,

quindi minuscolo.

Il materiale rigido è silicone,
e quello morbido gomma di silicone.

L'idea di base è comprimerla,

immagazzinare energia nelle molle,
e rilasciarla per saltare.

Non ci sono motori,
niente alimentazione.

Viene attivato con un metodo
che nel mio laboratorio chiamiamo

"studente specializzando con pinzette."
(Risate)

Vedrete nel video successivo

questo ragazzo che fa
dei salti meravigliosi.

Questo è Aaron, lo studente in questione,
con le pinzette,

e vedete questo meccanismo
da quattro millimetri

che salta 40 centimetri in altezza.

È quasi 100 volte la sua lunghezza.

E sopravvive, rimbalza sul tavolo,

è incredibilmente robusto,
e sopravvive abbastanza bene

finché non lo perdiamo

perché è minuscolo.

Infine, vogliamo aggiungere
anche i motori,

abbiamo studenti in laboratorio
che lavorano su motori millimetrici

da integrare alla fine
su piccoli robot autonomi.

Ma per poter vedere la mobilità
e la locomozione su questa scala,

imbrogliamo e usiamo magneti.

Questo mostra quello che sarà parte
di una micro-zampa di robot,

vedete i giunti di gomma di silicone

e un magnete incorporato che si sposta

a causa di un campo magnetico esterno.

Questo porta al robot
che vi ho mostrato prima.

La cosa interessante che questo robot
può aiutarci a capire

è come gli insetti si muovono
su questa scala.

Abbiamo ottimi modelli
di come ogni cosa,

dallo scarafaggio all'elefante,
si muove.

Ci spostiamo tutti rimbalzando
in questo modo, correndo.

Ma in chi è veramente piccolo,
le forze tra i piedi e il suolo

influenzano la locomozione
molto più della massa,

che è quello che causa
quel moto rimbalzante.

Questo non funziona ancora bene,

ma abbiamo delle versioni
più grandi che corrono.

Questo è di un centimetro cubo,
un centimetro per lato, quindi minuscolo,

e l'abbiamo fatto correre

circa 10 lunghezze del corpo al secondo,

quindi 10 cm al secondo.

È piuttosto veloce per un piccoletto,

ed è limitato solo
dalle nostre impostazioni di test.

Ma vi dà un'idea di come funziona.

Possiamo anche farne altre versioni con
stampe 3D che si arrampicano su ostacoli,

come lo scarafaggio che avete visto prima.

Ma alla fine vogliamo aggiungere
tutto su questo robot.

Vogliamo sensori, potenza, controllo,
azioni tutto insieme,

e non tutto deve essere ispirato
alla biologia.

Questo robot ha la dimensione
di un Tic Tac.

In questo caso, invece di magneti
o muscoli per spostarlo,

usiamo razzi.

Questo è un materiale energetico
micro-fabbricato,

e ne possiamo creare minuscoli pixel

e possiamo mettere uno di questi pixel
sulla pancia di questo robot,

e questo robot salterà quando percepisce
un aumento di luminosità.

Il prossimo video
è uno dei miei preferiti.

Abbiamo questo robot
da 300 milligrammi

che salta fino a otto centimetri
in altezza.

Misura solo quattro per quattro
per sette millimetri.

E vedrete un grande flash all'inizio

quando l'energia viene rilasciata,

e il robot fa le capriole in aria.

C'è stato questo grande flash,

e vedete il robot che salta in aria.

Non ci sono cavi di collegamento.

Tutto è all'interno, e salta in reazione

a uno studente che accende
una lampada da tavolo.

Credo possiate immaginare
tutte le cose che possiamo fare

con robot che possono
correre, strisciare,

saltare e rotolarsi su questa scala.

Immaginate le macerie
dopo un disastro naturale

come un terremoto.

Immaginate questi piccoli robot

correre tra le macerie
in cerca di sopravvissuti.

Immaginate tanti piccoli robot
che corrono intorno a un ponte

per ispezionarlo e metterlo in sicurezza

in modo che non crolli in questo modo,

cosa che è successa
vicino a Minneapolis nel 2007.

O immaginate solo cosa potreste fare

se aveste robot che sanno
nuotare nel vostro sangue.

Giusto? "Viaggio allucinante",
Isaac Asimov.

O poter operare senza dover tagliare.

Potremmo cambiare radicalmente
modo di costruire le cose

se potessimo far funzionare
i nostri minuscoli robot come le termiti,

costruiscono questi cumuli
di otto metri di altezza,

edifici abitativi ben ventilati
per altre termiti

in Africa e Australia.

Penso di avervi dato
idea di alcune delle cose

che possiamo fare
con questi piccoli robot.

Abbiamo fatto progressi,
ma c'è ancora molto da fare,

e, spero, qualcuno di voi
può contribuire all'obiettivo.

Grazie infinite.

(Applausi)