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為何我要製造米粒般大小的機器人

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

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。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
06:06

Chinese, Traditional subtitles

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