Сара Бергбрайтер: Почему я создаю роботов размером с рисовое зёрнышко

Изучая движение и тела насекомых, таких как муравьи, Сара Бергбрайтер и её команда создают невероятно крепкие крохотные механические версии ползающих насекомых… а затем встраивают в них ракеты. Посмотрите на их невероятные разработки в микророботехнике и послушайте о трёх способах использования этих маленьких помощников в будущем.

0:11 Мои студенты и я работаем над созданием крохотных роботов. Вы можете представить их как роботизированную версию того, с чем вы очень хорошо знакомы, — муравья. Мы все знаем, что муравьи и другие насекомые такого размера могут делать что-то совершенно невероятное. Мы все видели группу муравьёв или нечто подобное, уносящую картофельные чипсы на пикнике, например.

0:33 Но каковы реальные трудности в разработке таких муравьёв? В первую очередь, как у нас появляется возможность создания роботизированного муравья такого же размера? Для начала нам нужно понять, как заставить их двигаться при таких маленьких размерах. Нужны механизмы, такие, как ноги, и достаточно мощные моторы, чтобы поддерживать передвижение. Нужны датчики, питание и управление, чтобы соединить всё вместе в полуинтеллектуальном роботе-муравье. И, наконец, чтобы действительно создать из этого нечто полезное, нам нужно, чтобы много их работало вместе для реализации более важных вещей.

1:04 Я начну с подвижности. Насекомые передвигаются удивительно хорошо. Это видео из Университета Калифорнии в Беркли показывает таракана, передвигающегося по очень неровной поверхности, при этом не переворачиваясь. Он способен делать это, потому что его конечности являются сочетанием жёстких материалов, обычно используемых в создании роботов, и мягких материалов. Прыжки — это ещё один интересный способ передвижения маленьких насекомых. Эти насекомые хранят энергию в пружинных механизмах и быстро высвобождают её, чтобы получить высокую мощность для совершения прыжка из воды, например.

1:37 Одним из крупных вкладов моей лаборатории было объединение жёстких и мягких материалов в очень, очень маленьких механизмах. Размер этого прыгающего механизма примерно 4 миллиметра — действительно крошечный. Твёрдый материал здесь кремний, а мягкий — силиконовый каучук. Основной идеей является то, чтобы сжать его, сохранить энергию в пружинах, а затем высвободить для прыжка. Таким образом, там пока нет моторов, нет питания. Всё приводится в действие методом, который мы в лаборатории называем «аспирант с пинцетом». (Смех) В следующем видео вы увидите, как этот малыш преуспевает в прыжках. Это Ааарон, аспирант, о котором идёт речь, с пинцетом. Вы видите, как этот четырёхмиллиметровый механизм прыгает почти на 40 см в высоту. Это почти в 100 раз превышает его длину. И он не ломается, он отскакивает от стола. Он невероятно крепок и достаточно надёжно работает до тех пор, пока мы его не потеряем, потому что он очень маленький.

2:32 В перспективе всё равно мы хотим добавить к нему мотор, и у нас есть студенты в лаборатории, работающие с миллиметровыми моторами, чтобы в итоге интегрировать их в маленьких, автономных роботов. Но, чтобы увидеть подвижность и перемещение в таком масштабе, мы прибегаем к хитрости и используем магниты. Здесь показано, что в итоге станет частью конечности микроробота: можно увидеть суставы из силиконового каучука, внутри которых встроен магнит, перемещающийся под воздействием внешнего магнитного поля.

2:57 Вот так получается робот, которого я показала вам ранее. Крайне интересно то, что этот робот может помочь нам понять, как насекомые передвигаются в таком масштабе. У нас есть очень хорошая модель того, как двигаются все — от таракана до слона. Мы все двигаемся немного подпрыгивая, когда бежим. Но, если я очень маленького размера, то силы между ногами и землёй повлияют на моё передвижение гораздо сильнее, чем моя масса, что и вызывает подпрыгивающее движение. Вот этот малыш ещё не совсем работает, но у нас есть чуть более крупные экземпляры, которые умеют бегать. Вот этот, размером с кубический сантиметр, совсем маленький, и нам удалось заставить его пробега́ть почти по 10 см в секунду. Это достаточно быстро для маленького робота и пока ограничивается только нашими тестовыми установками. Это даёт вам представление о том, как сейчас работают такие роботы. Мы также можем создавать 3D-печатные версии роботов, которые могут преодолевать препятствия почти как тараканы, которых вы видели ранее.

3:50 В конечном итоге мы хотим добавить все функции роботам: чувствительность, мощность, управление, приведение в действие — всё вместе. При этом не всё должно быть основано на биологии. Этот робот размером примерно с «Тик-Так». В его случае вместо магнитов или мышц для движения мы используем ракеты. Это микроизготовленный энергетический материал. Мы можем создать крошечные элементы этого материала и поместить один из них на брюшко робота. Впоследствии этот робот совершит прыжок, когда почувствует повышение освещённости.

4:23 Следующее видео — одно из моих любимых. Вот этот 300-милиграммовый робот подпрыгивает в воздух на 8 см. Его размер всего 4х4х7 мм. Вначале вы увидите большую вспышку, когда взрывается энергетический материал. А затем робот кружится в воздухе. Вот произошла вспышка, и вы видите, как робот подпрыгивает в воздух. К нему не привязаны тросы, не подсоединены провода. Всё встроено, и робот подпрыгнул из-за того, что студент просто зажёг настольную ламу рядом с ним.

4:54 Я думаю, вы можете представить все невероятные вещи, которые можно делать с роботами, способными ползать, вращаться, бегать, прыгать в масштабе таких размеров. Представьте обломки после стихийного бедствия, такого как землетрясение. И представьте маленьких роботов, бегающих по этим обломкам в поисках выживших. Или представьте кучу маленьких роботов, бегающих вдоль моста, чтобы изучить его и убедиться в его безопасности, чтобы не происходили такие обрушения, как это, случившееся за пределами Миннеаполиса в 2007 году. Представьте, что можно было бы сделать, если бы у нас были роботы, способные передвигаться в кровеносных сосудах. Прямо «Фантастическое путешествие» Айзека Азимова. Врачи могли бы оперировать, не делая привычных надрезов. Или же мы в корне могли бы изменить подход к строительству, если бы наши крохотные роботы работали так же, как это делают термиты. Они строят эти невероятные восьмиметровые холмы — прекрасно вентилируемые многоквартирные дома для других термитов в Африке и Австралии.

5:48 Так что, я думаю, что дала вам примеры того, что мы можем делать при помощи этих маленьких роботов. Мы уже достигли некоторых успехов, но ещё предстоит пройти долгий путь, и я надеюсь, что кто-то из вас сможет внести свой вклад в это дело.

6:00 Спасибо большое.

6:02 (Аплодисменты)

Источник http://www.ted.com

There are no comments

Add yours

Отменить ответ

Comment

Name

Email

Url

Введите код с картинки (CAPTCHA) *