為何我要製造米粒般大小的機器人
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0:01 - 0:04我的學生們和我致力於建造
微型的機器人, -
0:04 - 0:08你們可以將其想像為
機器人版本的一種你們都很熟悉的生物, -
0:08 - 0:11螞蟻。
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0:11 - 0:13我們都知道,
螞蟻和其它這般大小昆蟲 -
0:13 - 0:15能夠做到一些令人十分驚奇的事情
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0:15 - 0:18比如,我們都見識過一群螞蟻
或者類似的昆蟲 -
0:18 - 0:23在野餐時搬走你的薯片。
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0:23 - 0:26但是設計這些螞蟻機器人的
真正難處在哪裡呢? -
0:26 - 0:30首先,我們如何能夠讓螞蟻大小的機器人
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0:30 - 0:33獲得螞蟻所擁有的能力呢?
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0:33 - 0:36我們首先需要弄清楚
如何讓這麼小型的機器人動起來。 -
0:36 - 0:38我們需要諸如腿的機械裝置
以及高效的馬達 -
0:38 - 0:40來支持機器人的移動,
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0:40 - 0:43我們還需要感應器,
電源和操控系統 -
0:43 - 0:47來集中所有零部件到
一個半智能的螞蟻機器人中。 -
0:47 - 0:49最後,為了讓這些零部件真正運作起來,
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0:49 - 0:51我們希望能有大批量
這樣的機器人一起協作, -
0:51 - 0:53來完成更偉大的任務。
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0:53 - 0:56所以,我將從移動性開始講起。
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0:56 - 0:59昆蟲擁有令人驚奇的移動能力。
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0:59 - 1:00這段影片來自加州大學伯克萊分校,
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1:00 - 1:04展現了一隻蟑螂爬過
一段相當複雜的路段, -
1:04 - 1:05卻沒有跌倒,
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1:05 - 1:07而牠能做到這一點是因為
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1:07 - 1:10牠的腿由剛性材料組合而成,
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1:10 - 1:13也就是我們傳統用於
製造機器人和軟物質的材料。 -
1:14 - 1:18而體型很小時,
跳躍則是另一種十分有趣的移動方式。 -
1:18 - 1:22比如說,這些昆蟲在彈簧中儲存能量
然後快速地釋放出來 -
1:22 - 1:26以獲得牠們跳出水面所需要的高能量。
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1:26 - 1:30因此,我的實驗室
所做出的最大的貢獻之一, -
1:30 - 1:32就是將剛性材料和軟物質
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1:32 - 1:35在非常小的的機械裝置中結合。
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1:35 - 1:38這個跳躍機械裝置的一面
大約是四毫米長, -
1:38 - 1:39非常微小。
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1:39 - 1:43此處使用的硬材料是矽,
軟材料則是矽膠。 -
1:43 - 1:46這背後基本的想法就是
我們要壓縮這一塊 -
1:46 - 1:49然後在彈簧中儲存能量再釋放,
讓它跳躍起來。 -
1:49 - 1:52所以現在這塊板上沒有馬達和電源。
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1:52 - 1:55而這一裝置的實現原理
在我的實驗室中被稱為 -
1:55 - 1:58“拿著鑷子的研究生”
(笑) -
1:58 - 1:59所以,你將在下一條影片中看到的
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1:59 - 2:02是這個跳躍能力很出色的小傢伙。
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2:02 - 2:06這位是艾倫,那個拿著鑷子的研究生,
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2:06 - 2:09而你將看到的是這個四毫米長的機械裝置
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2:09 - 2:11跳躍到幾乎40釐米的高度。
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2:11 - 2:13大約是它自己長度的100倍。
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2:13 - 2:15而且它倖存了下來,在桌面上彈跳著,
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2:15 - 2:18十分強大,並且存活得很好,
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2:18 - 2:19直到我們找不到它的时候,
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2:19 - 2:21因為它實在太小了。
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2:21 - 2:24不過我們最終還是想要
在這個裝置中加上馬達, -
2:24 - 2:27而我們的實驗室裡也有學生
正在研究毫米尺寸的馬達 -
2:27 - 2:31以最終將它裝到
小型的自動機器人身上 -
2:31 - 2:34但是為了觀察如此微小的裝置的
機動性和移動能力, -
2:34 - 2:36我們“作弊”並使用了磁鐵。
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2:36 - 2:39這條影片展現了最终將會成為
微型機器人的腿的那一部份, -
2:39 - 2:41而你可以看到矽膠製成的接合點
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2:41 - 2:45以及一塊被外在磁場控制而
四处移動的嵌入式磁鐵。 -
2:46 - 2:49這就引向了我之前
為大家展示的那個機器人。 -
2:50 - 2:53真正有趣的是,這個機器人
能帮助我們弄清楚 -
2:53 - 2:55這樣規模的昆蟲是如何移動的。
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2:55 - 2:57我們有一個很棒的模型來理解
所有大小事物的移動方式, -
2:57 - 2:59小到一隻蟑螂,大到一隻大象。
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2:59 - 3:02跑步時,我們都以這種彈跳的方式移動。
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3:02 - 3:07但是當我的體型十分微小時,
我雙腳和地面之間的力量 -
3:07 - 3:09會大大影響我的移動,
遠大於影響我的質量, -
3:09 - 3:12從而就造成了彈跳模式。
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3:12 - 3:13這個小傢伙還沒能完全正常運作
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3:13 - 3:16但是我們還有稍大些
能夠四處奔跑的版本。 -
3:16 - 3:20這大約是一立方釐米,
每一邊都為一釐米,非常微小, -
3:20 - 3:23而我們讓它能夠以
每秒十個身長的速度奔跑, -
3:23 - 3:25也就是每秒10釐米的速度。
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3:25 - 3:27對於這麼小的傢伙來說是非常快了,
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3:27 - 3:29而這還僅僅侷限於我們的測試設置。
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3:29 - 3:32但現在這能讓你了解
它是如何運作的了。 -
3:32 - 3:36我們也可以製作它的3D打印模型,
可以跨越障礙物的模型, -
3:36 - 3:39十分像你們之前看到過的蟑螂。
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3:39 - 3:42但是最終我們希望能
把所有部件都安置到機器人身上。 -
3:42 - 3:46我們想讓感應、電源、
操控和驅動一同實現, -
3:46 - 3:49並且不是所有部件都需要是仿生的。
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3:49 - 3:52而這個機器人差不多是指針大小。
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3:52 - 3:56在這種情況下,
我們並沒有用磁鐵或肌肉, -
3:56 - 3:58而是火箭裝置來使它移動。
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3:58 - 4:01這是一片微加工的含能材料,
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4:01 - 4:04而我們能製造它的微觀像素,
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4:04 - 4:07然後將一塊像素放到這個機器人的腹部,
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4:07 - 4:12當這個機器人感應到
光源增加時,就會跳躍。 -
4:13 - 4:15下一條短片是我的最愛。
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4:15 - 4:18你能看到這隻300毫克的機器人
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4:18 - 4:20在空中跳躍到大概8釐米高。
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4:20 - 4:23但它只有4*4*7立方毫米的體積。
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4:23 - 4:27在短片的開頭,能看到當能量被釋放時,
有一道大閃光, -
4:27 - 4:29而機器人就在空中翻跟鬥
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4:29 - 4:30所以此時就有一大道閃光,
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4:30 - 4:33然後你就可以看到
機器人在空中翻跟鬥。 -
4:33 - 4:36而這個機器人的身上
沒有栓繩或連接電線, -
4:36 - 4:38所有的部件都安裝到位了,
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4:38 - 4:41當旁邊的一個學生打開了桌面檯燈時,
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4:41 - 4:43機器人就會受到感應,跳躍起來。
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4:43 - 4:47因此我想你能想像到我們用這樣尺寸的,
會跑、會怕、會跳、會滾的機器人, -
4:47 - 4:52所能做到的很多很酷的事情。
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4:52 - 4:55想像一下一場自然災害,
如地震發生之後,產生的諸多碎石。 -
4:55 - 4:58想像一下這些微型機器人穿越過碎石
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4:58 - 5:00來尋找倖存者。
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5:00 - 5:03或想像一下許多微型機器人跑過一座橋,
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5:03 - 5:05檢閱橋的質量,保證它的安全性,
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5:05 - 5:08因而不至於造成發生在2007年,
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5:08 - 5:11明尼阿波利斯市的橋體坍塌事件。
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5:11 - 5:16或者就想像一下當這樣的機器人
游過你的血液時的樣子。 -
5:16 - 5:18是吧?正如艾薩克·阿西莫夫在
《神奇的旅程》中所描述的一樣。 -
5:18 - 5:22然後醫生們從一開始就不需要開腹,
也能進行手術了。 -
5:22 - 5:25又或許我們能夠讓
微型機器人像白蟻一般工作, -
5:25 - 5:28從而徹底改變我們建造事物的方式,
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5:28 - 5:31而他們能夠在非洲和澳洲,
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5:31 - 5:34為其他白蟻建造難以置信的,
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5:34 - 5:37高效率通風的八米高的土堆。
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5:37 - 5:40所以我認為我已經向各位
展示了利用這些微型機器人, -
5:40 - 5:42所能實現的許多可能性。
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5:42 - 5:47而迄今為止我們也取得了一些進步,
但仍有很長的路要走, -
5:47 - 5:49希望你們當中也有人能夠為此做出貢獻。
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5:49 - 5:51非常感謝。
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5:51 - 5:53(掌聲)
- Title:
- 為何我要製造米粒般大小的機器人
- Speaker:
- 莎拉.博格布萊特
- Description:
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通過研究昆蟲(如螞蟻)的運動和形體,莎拉.博格布萊特和她的團隊打造了令人難以置信般強勁、超小型的爬行機器人......然後,他們往其中加入了火箭。來看看他們在微型機器人領域令人驚嘆的發展,並聽聽我們在未來可能使用這些小幫手的三種方式。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 06:06
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