In 2015, 25 teams from around the world
competed to build robots for disaster response
that could perform a number of tasks,
such as using a power tool,
working on uneven terrain
and driving a car.
That all sounds impressive, and it is,
but look at the body of the winning robot, HUBO.
Here, HUBO is trying to get out of a car,
and keep in mind,
the video is sped up three times.
(Laughter)
HUBO, from team KAIST out of Korea, is a state-of-the-art robot
with impressive capabilities,
but this body doesn't look all that different
from robots we've seen a few decades ago.
If you look at the other robots in the competition,
their movements also still look, well, very robotic.
Their bodies are complex mechanical structures
using rigid materials
such as metal and traditional rigid electric motors.
They certainly weren't designed
to be low-cost, safe near people
and adaptable to unpredictable challenges.
We've made good progress with the brains of robots,
but their bodies are still primitive.
This is my daughter Nadia.
She's only five years old
and she can get out of the car way faster than HUBO.
(Laughter)
She can also swing around on monkey bars with ease,
much better than any current human-like robot could do.
In contrast to HUBO,
the human body makes extensive use of soft and deformable materials
such as muscle and skin.
We need a new generation of robot bodies
that is inspired by the elegance, efficiency and by the soft materials
of the designs found in nature.
And indeed, this has become the key idea of a new field of research
called soft robotics.
My research group and collaborators around the world
are using soft components inspired by muscle and skin
to build robots with agility and dexterity
that comes closer and closer
to the astonishing capabilities of the organisms found in nature.
I've always been particularly inspired by biological muscle.
Now, that's not surprising.
I'm also Austrian, and I know that I sound a bit like Arnie, the Terminator.
(Laughter)
Biological muscle is a true masterpiece of evolution.
It can heal after damage
and it's tightly integrated with sensory neurons
for feedback on motion and the environment.
It can contract fast enough to power the high-speed wings
of a hummingbird;
it can grow strong enough to move an elephant;
and it's adaptable enough to be used in the extremely versatile arms
of an octopus,
an animal that can squeeze its entire body through tiny holes.
Actuators are for robots what muscles are for animals:
key components of the body
that enable movement and interaction with the world.
So if we could build soft actuators,
or artificial muscles,
that are as versatile, adaptable
and could have the same performance as the real thing,
we could build almost any type of robot
for almost any type of use.
Not surprisingly, people have tried for many decades
to replicate the astonishing capabilities of muscle,
but it's been really hard.
About 10 years ago,
when I did my PhD back in Austria,
my colleagues and I rediscovered
what is likely one of the very first publications on artificial muscle,
published in 1880.
"On the shape and volume changes of dielectric bodies
caused by electricity,"
published by German physicist Wilhelm Röntgen.
Most of you know him as the discoverer of the X-ray.
Following his instructions, we used a pair of needles.
We connected it to a high-voltage source,
and we placed it near a transparent piece of rubber
that was prestretched onto a plastic frame.
When we switched on the voltage,
the rubber deformed,
and just like our biceps flexes our arm,
the rubber flexed the plastic frame.
It looks like magic.
The needles don't even touch the rubber.
Now, having two such needles is not a practical way
of operating artificial muscles,
but this amazing experiment got me hooked on the topic.
I wanted to create new ways to build artificial muscles
that would work well for real-world applications.
For the next years, I worked on a number of different technologies
that all showed promise,
but they all had remaining challenges that are hard to overcome.
In 2015,
when I started my own lab at CU Boulder,
I wanted to try an entirely new idea.
I wanted to combine the high speed and efficiency
of electrically driven actuators
with the versatility of soft, fluidic actuators.
Therefore, I thought,
maybe I can try using really old science in a new way.
The diagram you see here
shows an effect called Maxwell stress.
When you take two metal plates
and place them in a container filled with oil,
and then switch on a voltage,
the Maxwell stress forces the oil up in between the two plates,
and that's what you see here.
So the key idea was,
can we use this effect to push around oil
contained in soft stretchy structures?
And indeed, this worked surprisingly well,
quite honestly, much better than I expected.
Together with my outstanding team of students,
we used this idea as a starting point
to develop a new technology called HASEL artificial muscles.
HASELs are gentle enough to pick up a raspberry
without damaging it.
They can expand and contract like real muscle.
And they can be operated faster than the real thing.
They can also be scaled up to deliver large forces.
Here you see them lifting a gallon filled with water.
They can be used to drive a robotic arm,
and they can even self-sense their position.
HASELs can be used for very precise movement,
but they can also deliver very fluidic, muscle-like movement
and bursts of power to shoot up a ball into the air.
When submerged in oil,
HASEL artificial muscles can be made invisible.
So how do HASEL artificial muscles work?
You might be surprised.
They're based on very inexpensive, easily available materials.
You can even try, and I recommend it,
the main principle at home.
Take a few Ziploc bags and fill them with olive oil.
Try to push out air bubbles as much as you can.
Now take a glass plate and place it on one side of the bag.
When you press down, you see the bag contract.
Now the amount of contraction is easy to control.
When you take a small weight, you get a small contraction.
With a medium weight, we get a medium contraction.
And with a large weight, you get a large contraction.
Now for HASELs, the only change is to replace the force of your hand
or the weight with an electrical force.
HASEL stands for "hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators."
Here you see a geometry called Peano-HASEL actuators,
one of many possible designs.
Again, you take a flexible polymer such as our Ziploc bag,
you fill it with an insulating liquid, such as olive oil,
and now, instead of the glass plate,
you place an electrical conductor on one side of the pouch.
To create something that looks more like a muscle fiber,
you can connect a few pouches together
and attached a weight on one side.
Next, we apply voltage.
Now, the electric field starts acting on the liquid.
It displaces the liquid,
and it forces the muscle to contract.
Here you see a completed Peano-HASEL actuator
and how it expands and contracts when voltage is applied.
Viewed from the side,
you can really see those pouches take a more cylindrical shape,
such as we saw with the Ziploc bags.
We can also place a few such muscle fibers next to each other
to create something that looks even more like a muscle
that also contracts and expands in cross section.
These HASELs here are lifting a weight that's about 200 times heavier
than their own weight.
Here you see one of our newest designs, called quadrant donut HASELs
and how they expand and contract.
They can be operated incredibly fast, reaching superhuman speeds.
They are even powerful enough to jump off the ground.
(Laughter)
Overall, HASELs show promise to become the first technology
that matches or exceeds the performance of biological muscle
while being compatible with large-scale manufacturing.
This is also a very young technology. We are just getting started.
We have many ideas how to drastically improve performance,
using new materials and new designs to reach a level of performance
beyond biological muscle and also beyond traditional rigid electric motors.
Moving towards more complex designs of HASEL for bio-inspired robotics,
here you see our artificial scorpion
that can use its tail to hunt prey,
in this case, a rubber balloon.
(Laughter)
Going back to our initial inspiration,
the versatility of octopus arms and elephant trunks,
we are now able to build soft continuum actuators
that come closer and closer to the capabilities of the real thing.
I am most excited about the practical applications
of HASEL artificial muscles.
They'll enable soft robotic devices
that can improve the quality of life.
Soft robotics will enable a new generation of more lifelike prosthetics
for people who have lost parts of their bodies.
Here you see some HASELs in my lab,
early testing, driving a prosthetic finger.
One day, we may even merge our bodies with robotic parts.
I know that sounds very scary at first.
But when I think about my grandparents
and the way they become more dependent on others
to perform simple everyday tasks such as using the restroom alone,
they often feel like they're becoming a burden.
With soft robotics, we will be able to enhance and restore
agility and dexterity,
and thereby help older people maintain autonomy
for longer parts of their lives.
Maybe we can call that "robotics for antiaging"
or even a next stage of human evolution.
Unlike their traditional rigid counterparts,
soft life-like robots will safely operate near people and help us at home.
Soft robotics is a very young field. We're just getting started.
I hope that many young people from many different backgrounds
join us on this exciting journey
and help shape the future of robotics
by introducing new concepts inspired by nature.
If we do this right,
we can improve the quality of life
for all of us.
Thank you.
(Applause)
في عام 2015، تنافس 25 فريقًا حول العالم
لإنشاءِ روبوتاتٍ تستجيبُ للكوارث
يمكنها أن تؤدّيَ عدداً من المهام،
مثلَ استخدامِ أداةٍ كهربائيّة
والعملَ فوقَ أرضيّةٍ غيِرِ مستوية
وقيادةَ سيّارة.
كلّ هذا يبدو مثيراً للإعجاب، وهوَ بالفعلِ كذلك.
لكن، ألقوا نظرةً إلى هيكلِ الروبوت (هيوبو) الفائز.
يحاولُ هنا (هيوبو) الخروجَ من السيّارة،
وخذوا بعينِ الاعتبار
أنّه تمّ تسريعُ الفيديو ثلاثَ مرّات.
(ضحك)
(هيوبو) الذي صنعه فريق (كايست) في كوريا هو روبوتٌ متقدّم المستوى
بقدراتٍ مثيرةٍ للإعجاب،
لكنّ هيكلهُ لا يختلفُ كثيرًا
عن ذلك الخاصّ بالروبوتات الأقدمِ منذ عقود.
بالنظرِ إلى الروبوتات الأخرى في المنافسة،
يبدو أنّ تحركاتهم أيضاً ما تزالُ آليةً جدًا.
إنّ أجسادهم هي هياكل آليّة معقّدة
تعتمد على موادٍ صلبة،
مثلَ المعدن والمحرّكاتِ الكهربائيّة التقليديّة.
لكن بالطّبع، لم تُصمّم هذه الروبوتات
لتكون منخفضةَ التكلفة، ويكونَ وجودها إلى جانب البشر آمناً
أو أن تتأقلمَ مع العقباتِ المفاجئة.
لقد أحدثنا تقدّما بارزاً بطريقةِ تفكيرِ الروبوتات
لكنّ أجسادهم لا تزالُ بدائيّة.
هذه ابنتي (ناديا)
هي في الخامسةِ من عمرها،
ويمكنها أن تخرجَ من السّيارةِ أسرع بكثيرٍ من (هيوبو)
(ضحك)
يمكنها التأرجح على قضبانِ الحديقةِ بسهولة أيضاً،
وأفضلَ بكثيرٍ مما يمكن أن يقومَ به أي روبوتٍ شبيه بالبشر.
بخلافِ الروبوت (هيوبو)،
يستفيد الجسمُ البشريُّ استفادةً شاملةً من الموادّ اللينة والقابلة لتغيير شكلها
مثلَ العضلاتِ والجلد.
نحتاجُ إلى جيلٍ جديدٍ من أجساد الروبوتات
مستوحىً من الأناقة والكفاءة والمواد اللينة
للتصميماتِ الموجودةِ في الطّبيعة.
وبالطّبع، أصبحت هذه الفكرةَ الرّئيسيّة لميدانِ بحثٍ جديد
يهتمّ بالروبوتاتِ اللينة.
بالتعاونِ مع ناسٍ من أنحاء العالم،
يستخدمُ فريقُ بحثي مكوناتٍ ليّنة مستوحاةً من العضلاتِ والبشرة
لإنشاء روبوتاتٍ تتمتع بالرشاقةِ والبراعة
والتي تصبح أقرب كثيرًا
للقدراتِ المذهلةِ للكائنات الحيّة الموجودةِ في الطبيعة.
لطالما كانت عضلاثُ الجسم مصدرَ إلهامٍ لي.
حسناً، هذا ليس مفاجئًا.
أنا أيضًا نمساوي، وأعلم أن صوتي يشبه قليلاً صوت (آرني) من فلم (Terminator)
(ضحك)
العضلةُ البيولوجيّة هي تحفةٌ حقيقية من تحفِ التطوّر.
يمكنها أن تتعافى بعد التّلف،
ويتكاملُ عملها بإحكامٍ مع العصبونات الحسية
للإحساسِ بالحركةِ والبيئةِ المحيطة.
يمكنها أن تنقبض بسرعةٍ تكفي لتقوية الأجنحة ذات السرعة العالية
لطائر الطّنان،
يمكنها أن تصبح قويةً بما يكفي لتحريك فيل،
ويمكنُ أن تتكيّف لتقوم بوظائف أذرعِ الأخطبوط متعددة القدرات
وهو حيوانٌ يمكنه أن يحشرَ جسدهُ بالكامل في فتحاتٍ صغيرة جدًا.
المشغّلاتُ الميكانيكيّة للروبوتات هي بمثابة العضلاتِ في الحيوانات:
أيّ، مكوناتٌ أساسيّة للجسد،
والتي بدورها تسمح بالحركةِ والتفاعلِ مع العالم.
لذا إن استطعنا أن ننشئَ مشغّلاتٍ لينة،
أو عضلاتٍ اصطناعيّة
لها القدرة على التكيف مع المهام المتعددة
بحيث يكون أداؤها مشابهاً لأداء العضلات الحقيقية،
سنستطيعُ إنشاءَ أي نوعٍ من الروبوتات
لمعظمِ أنواع الاستعمالات.
ليسَ بالأمرِ المفاجئِ أنّ الناس قد حاولوا لعقودٍ طويلة
استنساخَ قدراتِ العضلاتِ المذهلة،
لكنَّ الأمرَ كان صعبًا جدًا.
منذ حوالي عشرِ سنوات،
حين حصلتُ على الدكتوراه في النّمسا،
قُمنا أنا وزملائي بإعادة اكتشاف
أحدَ أوّل الأعمالِ المنشورة على الأرجح فيما يخصّ العضلاتِ الاصطناعيّة،
والتي نُشرت عام 1880
بعنوان (دورُ الكهرباءِ في تغيير حجم وشكل الأجسام العازلة.)
قام بنشرِ هذا البحث عالمُ الفيزياء الألمانيّ (ويلهم رونتكين)
معظكم يعرفهُ كونه مكتشفَ الأشعّة السينيّة (X).
استخدمنا زوجاً من الإبر تبعاً لإرشاداته،
ووصلناه بتيّارٍ عالي التوتّر
ووضعناه قرب قطعةٍ شفّافةٍ من المطّاط
بعد تمديده على إطارٍ من البلاستيك.
عندما وصلنا التوتّر،
تقلّصت قطعةُ المطّاط
وكما تقوم عضلاتنا بطويِ ذراعنا،
قامت قطعةُ المطّاطِ بطويِ الإطار.
يبدو الأمرُ كالسحر،
فالإبرُ حتى لا تلامسُ المطّاط.
استخدامُ إبرتين كهاتين ليس طريقةً عمليّة
لمحاكاةِ العضلات الاصطناعيّة،
لكنّ هذه التجربةَ المذهلة جذبت كل انتباهي لهذا الموضوع.
أردت ابتكارَ طرائقَ جديدة لصنع عضلاتٍ اصطناعيّة
تعملُ بشكلٍ متقنٍ في تطبيقات الحياة العمليّة.
خلال السنواتِ التالية، عملتُ على تقنيّاتٍ عديدةٍ مختلفة
وكان هناكَ أملٌ بنجاحها،
على الرّغمِ من التّحديات الصعبةِ التي تعترضُ طريقَ تنفيذها.
في عام 2015،
عندما أنشأتُ مختبري في جامعة (كولورادو)
أردتُ أن أجرّب فكرةً جديدة كليّاً.
أردتُ دمج الكفاءةِ والسّرعة العالية
الخاصّة بالمحركات الكهربائيّة
مع القدرات المتعدّدة للمحرّكات اللينة.
فلذلك قلت لنفسي:
"ربما يمكنني استخدامُ العلمِ القديم، ولكن بطرائق جديدة."
يبيّن الرسم الموضّح أعلاه تأثيراً يدعى (ضغط ماكسويل).
بأخذِ صفيحتين من معدن،
ووضعهما في إناءٍ يحوي زيت،
ووصلهما بتوتّرٍ كهربائيّ،
يجبر (ضغط ماكسويل) الزّيت على المرورِ بين الصفيحتين،
مثلما هو موضّح.
فالفكرة الأساسية كانت:
"هل يمكننا توظيفُ هذا التأثير لتحريك الزيت
الذي تحتويه بنياتٌ مرنة قابلة للتمدد؟"
وبالفعل، نجحت هذه الطريقةُ بشكلٍ مبهر،
وأفضلَ بكثيرٍ مما توقعته، في الحقيقة.
بالتعاونِ مع فريقي المذهل من الطّلاب،
استخدمنا هذهِ الفكرةَ كنقطةِ انطلاق
لتطوير تقنيّةٍ جديدةٍ من العضلات الاصطناعيّة والتي تدعى (هيزل).
تستطيع عضلات (هيزل) أن تلتقط حبّة توتٍ بعناية
بدونِ أن تسبب ضرراً لها.
تستطيع هذه العضلاتُ أن تتمدد وتتقلّص، كما في العضلاتِ الحقيقة.
كما أنّها تعملُ بشكلٍ أسرعَ من العضلات الحقيقية.
يمكنُ أيضاً زيادة سعتها لكي تستطيع أن تعمل بقوّاتٍ كبيرة.
هنا يمكنكم رأيتها وهي ترفع جالوناً من الماء.
يمكنُ استعمالها لتحريكِ ذراع الروبوت،
وبمقدورها أن تتحسّس موقعها أيضاً.
يمكنُ استخدام عضلات (هيزل) للحركات التي تتطلّب الدقّة،
وحركتها سلسةٌ ومرنة، مثل العضلات الحقيقة،
وتتمتع بالقوة الكافيةِ لقذفِ كرةٍ في الهواء.
عندما تُغمرُ هذه العضلاتُ بالزيت،
تستطيع أن تتوارى عن الأنظار وتختفي.
فكيفَ تعملُ هذه العضلات؟
قد يفاجئكم الأمر،
ولكنّها تعتمد على موادٍ غير مكلفة ومتوافرة بشكلٍ دائم.
وأنصحُ بتجربة المبدأ الأساسي لعضلات (هيزل) في المنزل.
يمكنكم البدءُ بملءِ أكياسٍ من البلاستيك بزيت الزيتون،
وحاولوا إخراج فقاعات الهواء منها بقدر الاستطاعة
والآن أحضروا صحناً من الزجاج ثمّ ضعوه على جانب كيس البلاستيك.
بالضغطِ على الكيس، يمكنُكم رؤية انضغاطه.
إنّ التحكّم بسعةِ التقلّص أمرٌ سهل:
عندما تضعُ وزناً خفيفاً، يكون التقلّص قليلاً؛
عندما تضعُ وزناً متوسّطاً، يكون التقلّصُ متوسّطاً؛
وعندما تضعُ وزناً ثقيلاً، يكونُ التقلّص كبيراً.
الأمرُ في عضلات (هيزل) يختلف من حيثُ مصدر القوّة،
فبدلاً من ضغطِ يدك أو الأوزان، يتمّ استخدامُ قوّةٍ كهربائية.
ترمز كلمة (هيزل) إلى: المحرّكات الكهروستاتية ذاتيّة الإصلاح،
والمقوّاة هيدروليكيّاً.
هنا ترونَ رسماً يمثّل محرّكات (بيانو هيزل)
وهو واحدٌ من التصاميم الممكنة.
ببساطة، خذ بوليميراً مرناً، ككيس البلاستيكِ في تجربتنا،
واملأهُ بسائلٍ عازلٍ كزيتِ الزّيتون،
ولكن بدلاً من الضغطِ بصحنِ الزجاج،
ضع مادّةً ناقلة للكهرباء على جانب الكيس.
لإنشاءِ نموذجٍ يشبهُ النّسيجَ العضليّ،
يمكنك وصلُ عدّة أكياسٍ مع بعض
مع تعليقِ وزنٍ على نهايةِ أحدها.
والآن نطبّق توتراً كهربائياً.
يؤثّر الحقلُ الكهربائيّ المولد على السائل في الكيس،
فيُزيح السائل، مما يجبرُ نموذجَ العضلة على التقلّص.
يمكنكم هنا أن تروا تجربةَ عضلات (بيانو هيزل) المكتملة
وكيف تتقلّصُ وتتمدّدُ العضلات عند تطبيق التوتر الكهربائي.
بالنظرِ من الجهة الجانبية،
يمكنُ ملاحظةُ الأشكالِ الأسطوانية للأكياس
كما شاهدناه في تجربتنا قبل.
يمكننا أيضاً محاذاةُ عدّة أليافٍ عضليّة،
لصنعِ عضلةٍ أشبه بتلك الحقيقية
بحيثُ تتقلص وتتمدّدُ من أيّ منظور.
عضلاتُ (هيزل) ترفعُ أجساماً أثقل من وزنها بمئتي مرّة.
تشاهدون هنا أحد أحدثِ تصاميمنا والذي يدعى أنبوبة حلقية رُبعية من عضلات (هيزل)
وكيف تتمدّدُ وتتقلص.
يمكنها أن تعملَ بسرعاتٍ تفوق سرعة العضلات البشريّة.
كما أنّها قويّةٌ بما يكفي لتقفز على الأرض.
(ضحك)
بالمجمل، ستكون عضلاتُ (هيزل) الواعدة أوّل تكنولوجيا
تطابق أداءَ العضلاتِ البيولوجيّة... أو حتى تكون أفضل منها...
وتتماشى مع التّصنيع على النطاقِ الأوسع.
ما زالت هذه التكنولوجيا في مرحلةِ التطوير، فقد بدأنا للتوّ،
وببالنا أفكارٌ كثيرة لتحسين أداءها جذريّاً
باستعمال موادٍ وتصاميم جديدة للوصول إلى كفاءةٍ في الأداء
تتجاوز كفاءة العضلات البيولوجية وأيضاً المحرّكات الكهربائيّة التقليدية.
بالانتقال إلى التصاميم الأكثر تعقيداً لعضلات (هيزل) في الروبوتات الحيوية،
هنا يمكنكم مشاهدة عقربٍ اصطناعي
يستطيعُ استعمال ذيله لصيد الفريسة...
وهي بالونٌ هنا.
(ضحك)
بالعودة إلى إلهامنا الأوّلي،
أذرع الأخطبوط المتكيّفة لمختلف المهام وأيضاً خراطيم الفيلة،
استطعنا بناءَ محرّكاتٍ مرنة تتميّز بأداءٍ سلس،
وهي تقترب بقدراتها من تلك خاصّة العضلات الحقيقية.
أنا متحمّسٌ جدّاً للتطبيقات العمليّة
لعضلات (هيزل) الاصطناعيّة.
إنّها بدايةٌ لإنشاء أجهزةٍ روبوتّية ليّنة
تستطيعُ تحسينَ مستوى المعيشة.
هذه الأجهزة ستقوّي جيلاً جديداً من الأطراف الصناعيّة والشبيهة بالحقيقية
للناس الذين فقدوا أطرافاً من جسمهم.
هنا ترون عضلاتِ (هيزل) في مختبري
في التجارب الأوليّة لتحريك إصبعٍ اصطناعي.
ربما سنتمكن يوماً ما من دمجِ الأطرافِ الروبوتيّة مع أطراف أجسادنا.
أعلمُ أنّ هذا يبدو مخيفاً للوهلة الأولى
لكنني عندما أفكّر بجدّي وجدتي،
وكيف يصبحان أكثرَ اعتماداً على الآخرين
للقيام بالمهام البسيطةِ خلال يومنا، كاستعمال المرحاض بأنفسهما،
فهما يشعران في الغالب بأنّهما ثقلٌ على الآخرين.
من خلال أجهزةِ الروبوت اللينة، سنستطيع تقوية واسترجاع
الرّشاقة والمهارة
وبالتالي مساعدة الناس المسنّين على القيام بأعمالهم بنفسهم
لفتراتٍ أطول في حياتهم.
ربما يمكننا تسمية هذه التقنية "الروبوتات ضدّ الشيخوخة"
(ضحك)
أو حتى الخطوةَ المقبلة من مسيرة تطوّر الإنسان.
على عكس الروبوتاتِ الثقيلة التقليدية،
تستطيع الروبوتاتُ اللينة، الشبيهة بالبشر، أن تعمل بأمانٍ بقرب الناس
وأن تساعدنا في المنزل.
ما زالَ هذا المجالُ في بدايته،
وأتمنّى أن ينضمّ إلينا الشبابُ من مختلفِ الخلفيّات
في هذه الرّحلةِ الحماسيّة،
وأن يساعدونا في خلق مستقبلٍ لهذا المجال الواعد
بتقديم مفاهيمَ جديدة مستوحاةٍ من الطبيعة.
إذا عملنا بشكلٍ صحيح،
يمكننا تحسينُ مستوى الحياة
للبشريّة بأكملها.
شكراً لكم.
(تصفيق)
Im Jahr 2015 traten 25 Teams aus der ganzen Welt gegeneinander an,
um für die Katastrophenhilfe Roboter zu bauen,
die mehrere Aufgaben ausführen sollten,
wie ein Elektrowerkzeug einzusetzen,
auf unebenem Terrain zu arbeiten
und ein Auto zu fahren.
Das klingt beeindruckend, und ist es auch,
aber schauen Sie sich den Körper des Sieger-Roboters HUBO an.
Hier versucht HUBO aus einem Auto auszusteigen,
und man beachte, das Video wird dreimal schneller abgespielt.
(Lachen)
HUBO vom Team KAIST aus Korea ist ein hochmoderner Roboter
mit beeindruckenden Fähigkeiten,
aber sein Körper unterscheidet sich kaum von den Robotern der letzten Jahrzehnte.
Wenn man andere Roboter des Wettbewerbs betrachtet,
sehen auch ihre Bewegungen noch sehr roboterhaft aus.
Die Körper sind komplexe mechanische Strukturen
aus starren Materialien
wie Metall und herkömmlichen starren Elektromotoren.
Man entwarf sie nicht,
um kostengünstig, für Menschen sicher
und anpassungsfähig an unvorhersehbare Herausforderungen zu sein.
Wir haben gute Fortschritte mit Roboter-Gehirnen gemacht,
doch ihre Körper sind noch primitiv.
Das ist meine Tochter Nadia.
Sie ist erst fünf Jahre alt
und kann schneller als HUBO aus dem Auto aussteigen.
(Lachen)
Sie schwingt mit Leichtigkeit am Klettergerüst,
viel besser als jeder derzeitige menschenähnliche Roboter.
Im Gegensatz zu HUBO
nutzt der menschliche Körper ausgiebig weiche und formbare Materialien
wie Muskeln und Haut.
Wir brauchen eine neue Generation von Roboter-Körpern,
die inspiriert von der Eleganz, Effizienz und den weichen Materialien
der natürlich vorkommenden Formen sind.
Tatsächlich ist das zur Kernidee eines neuen Forschungsgebiets geworden,
namens Soft Robotics.
Meine Forschungsgruppe und Partner aus der ganzen Welt
nutzen durch Muskeln und Haut angeregte weiche Komponenten,
um Roboter zu bauen, die beweglich und geschickt sind,
wobei sie immer weiter an die erstaunlichen Fähigkeiten
der natürlichen Organismen heranreichen.
Mich inspirierten schon immer besonders biologische Muskeln
Das ist nicht verwunderlich.
Ich bin auch Österreicher.
Ich weiß, dass ich wie Arnie, der Terminator, klinge.
(Lachen)
Der biologische Muskel ist ein wahres Meisterwerk der Evolution.
Er kann nach einer Verletzung abheilen
und ist eng mit Sinnesneuronen verflochten,
um Feedback über Bewegung und Umwelt zu erhalten.
Er kann sich schnell genug zusammenziehen,
um die Hochgeschwindigkeitsflügel eines Kolibris anzutreiben;
er kann stark genug werden, einen Elefanten zu bewegen;
er ist für die extrem beweglichen Arme eines Oktopus ausreichend flexibel.
einem Tier, das seinen gesamten Körper durch winzige Löcher quetschen kann.
Stellmotoren sind für Roboter das, was Muskeln für Tiere sind:
Schlüsselkomponenten des Körpers,
die Bewegung und Interaktion mit der Welt ermöglichen.
Könnte man also weiche Stellmotoren oder künstliche Muskeln bauen,
die vielseitig, anpassungsfähig
und das gleiche Leistungsvermögen wie die echter Lebewesen haben,
könnte man fast jede Art von Roboter für fast jede Einsatzart herstellen.
Es überrascht nicht, dass Menschen seit vielen Jahrzehnten versuchen,
die erstaunlichen Fähigkeiten von Muskeln nachzubilden,
aber es war wirklich schwierig.
Als ich vor circa 10 Jahren in Österreich promovierte,
entdeckten wir wahrscheinlich eine der ersten Publikationen
über künstliche Muskeln wieder,
die 1880 veröffentlicht wurde.
"Ueber die durch Electricität bewirkten Form- und Volumenänderungen
von dielectrischen Körpern",
die vom deutschen Physiker Wilhelm Röntgen veröffentlicht wurde.
Die meisten von Ihnen kennen ihn als den Entdecker der Röntgenstrahlen.
Gemäß seinen Anweisungen benutzten wir Nadeln.
Schlossen sie an eine Hochspannungsquelle an
und platzierten sie nahe eines durchsichtigen Stück Gummi,
das wir auf einen Rahmen aus Kunststoff spannten.
Als die Spannung angelegt wurde,
verformte sich der Gummi,
und genau wie unser Bizeps den Arm beugt,
beugte der Gummi den Kunststoffrahmen.
Es sieht wie Magie aus.
Die Nadeln berühren das Gummi nicht mal.
Künstliche Muskeln mit zwei Nadeln zu bewegen, ist nicht praktisch,
aber dieses Experiment hat mich für das Thema begeistert.
Ich wollte neue Wege schaffen zum Aufbau künstlicher Muskeln,
die in der echten Welt gut funktionieren würden.
In den folgenden Jahren arbeitete ich an verschiedenen Technologien,
die alle vielversprechend,
aber deren Herausforderungen schwer zu bewältigen waren.
Als ich im Jahr 2015 mein eigenes Labor an der CU Boulder gründete,
wollte ich eine ganz neue Idee probieren.
Ich wollte die hohe Geschwindigkeit und Effizienz von elektrischen Antrieben
mit der Universalität von weichen, fluidischen Stellantrieben kombinieren.
Deshalb dachte ich, ich könnte versuchen,
sehr altes Wissen auf neue Weise zu nutzen.
Das Diagramm, das man hier sieht,
zeigt den Effekt der sogenannten Maxwellschen Spannung.
Nimmt man zwei Metallplatten
und legt sie in einen mit Öl gefüllten Behälter
und schaltet eine Spannung ein,
drückt die Maxwellsche Spannung das Öl zwischen den beiden Platten nach oben.
Das kann man hier sehen.
Der Kerngedanke war also:
Können wir diesen Effekt nutzen,
um Öl in weichen, dehnbaren Strukturen hin und her zu drücken?
Das funktionierte tatsächlich überraschend gut,
ehrlich gesagt, viel besser als erwartet.
Mit meinem exzellenten Studententeam
nutzen wir diese Idee als Ausgangspunkt
für die Entwicklung der neuen Technologie der künstlichen HASEL-Muskeln.
HASELs sind sanft genug, um eine Himbeere aufzunehmen,
ohne sie zu beschädigen.
Sie können sich wie echte Muskeln strecken und zusammenziehen.
Sie arbeiten schneller als echte Muskeln
und können vergrößert werden, um große Kräfte zu erzeugen.
Hier sieht man, wie sie eine mit Wasser gefüllte Gallone anheben.
Man kann sie als Antrieb eines Roboterarms verwenden.
Sie können sogar ihre Position selbst erkennen.
Sehr präzise Bewegungen können durch HASELs ausgeführt werden,
aber sie können auch sehr fließende, muskelähnliche Bewegungen
und Kraftstöße ausführen, um einen Ball zu schießen.
Werden HASELs in Öl getaucht,
können künstliche Muskeln unsichtbar gemacht werden.
Wie funktionieren die HASEL-Muskeln?
Sie werden vielleicht überrascht sein.
Sie basieren auf sehr günstigen und verfügbaren Materialien.
Versuchen Sie, ich empfehle es sogar,
das Grundprinzip zu Hause auszuprobieren.
Man nimmt Schnellverschlussbeutel und füllt sie mit Olivenöl.
Die Luftblasen muss man möglichst herausdrücken.
Man nimmt eine Glasplatte und legt sie auf eine Seite des Beutels.
Drückt man runter, zieht sich der Beutel zusammen.
Die Stärke der Kontraktion ist leicht zu steuern.
Bei einem kleinen Gewicht erhält man eine kleine Kontraktion.
Bei einem mittleren Gewicht erhält man eine mittlere Kontraktion.
Bei einem großen Gewicht erhält man eine große Kontraktion.
Bei den HASELs besteht die einzige Änderung darin, die Kraft der Hand
oder des Gewichts durch eine elektrische Kraft zu ersetzen.
HASEL steht für hydraulisch verstärkte, selbstheilende elektrostatische Aktuatoren
Hier sehen Sie die Beschaffenheit von Peano-HASEL-Stellantrieben,
eine von vielen möglichen Ausführungen.
Auch hier nimmt man ein flexibles Polymer wie einen Schnellverschlussbeutel,
füllt ihn mit einer Isolierflüssigkeit wie etwa Olivenöl auf
und bringt anstelle der Glasplatte,
einen elektrischen Leiter auf einer Seite des Beutels an.
Um etwas zu erzeugen, das einer Muskelfaser ähnelt,
verbindet man ein paar Beutel miteinander und bringt auf einer Seite ein Gewicht an.
Nun legen wir Spannung an.
Das elektrische Feld beginnt auf die Flüssigkeit zu wirken.
Es verdrängt die Flüssigkeit
und zwingt den Muskel zur Kontraktion.
Hier sieht man einen fertigen Peano-HASEL-Aktuator
und wie er sich streckt und zusammenzieht, wenn Spannung angelegt wird.
Von der Seite betrachtet, kann man wirklich erkennen,
wie die Säckchen, die Form eines Zylinders annehmen,
wie wir es bei den Beuteln gesehen haben.
Wir können einige solcher Muskelfasern nebeneinander platzieren,
um etwas zu erzeugen, das einem Muskel noch mehr ähnelt,
der sich auch im Querprofil zusammenzieht und ausdehnt.
Diese HASELs hier heben ein Gewicht, das etwa 200 Mal schwerer ist
als ihr eigenes Gewicht.
Hier ist einer der neuesten Entwürfe, die Quadranten-Donut-HASELs,
die sich strecken und zusammenziehen.
Sie arbeiten sehr schnell und erreichen übermenschliche Geschwindigkeiten.
Sie sind sogar stark genug, um vom Boden zu springen.
(Lachen)
Die HASELs sind vielversprechend darin, die erste Technologie zu werden,
die die Leistung biologischer Muskeln erreicht oder übertrifft
und mit der Massenproduktion gleichzeitig vereinbar ist.
Dies ist eine sehr junge Technologie.
Wir stehen erst am Anfang.
Wir haben viele Ideen, wie man die Leistung drastisch verbessern kann,
indem neue Materialien und Konstruktionen verwendet werden,
um ein Leistungsniveau jenseits des biologischen Muskels
und üblicher Elektromotoren zu erreichen.
Für einen komplexeren Entwurf von HASELs für bio-inspirierte Robotik
steht hier unser künstlicher Skorpion,
der den Schwanz zur Jagd einsetzen kann,
hier für einen Luftballoon.
(Lachen)
Zurück zum ursprünglichen Geistesblitz:
der Vielseitigkeit von Krakenarmen und Elefantenrüsseln.
Wir können jetzt weiche, stufenlose Antriebe bauen,
die den Fähigkeiten des Originals immer näher kommen.
Ich bin sehr gespannt auf praktische Anwendungen
der künstlichen HASEL-Muskeln.
Sie ermöglichen weiche Roboter-Geräte, die die Lebensqualität verbessern können.
Soft Robotics macht für Menschen, die Körperteile verloren,
eine neue Generation naturgetreuer Prothesen möglich.
Hier sieht man einige HASELs,
wie sie in der frühen Testphase, eine Fingerprothese bewegen.
Vielleicht wird in Zukunft sogar unser Körper mit Roboter-Teilen verbunden.
Das klingt anfangs sehr beängstigend.
Aber wenn ich an meine Großeltern denke
und wie sie bei der Erledigung alltäglicher Aufgaben,
wie alleine die Toilette zu benutzen,
immer abhängiger von anderen wurden
haben sie oft das Gefühl, dass sie zur Last werden.
Soft Robotics wird uns befähigen,
Beweglichkeit und Geschicklichkeit zu verbessern und wiederherzustellen
und so älteren Menschen für eine längere Lebensspanne helfen,
ihre Selbstständigkeit zu erhalten.
Vielleicht können wir das "Anti-Aging-Robotik" nennen
oder als eine nächste Stufe der menschlichen Evolution bezeichnen.
Im Vergleich zu üblichen starren Robotern
werden weiche Roboter gefahrlos in Menschennähe arbeiten
und Zuhause helfen können.
Soft Robotics ist ein sehr junges Gebiet.
Wir fangen gerade erst an.
Ich hoffe, viele junge Menschen mit unterschiedlichster Herkunft
schließen sich uns auf dieser aufregenden Reise an
und gestalten die Zukunft der Robotik mit,
indem sie neue, von der Natur inspirierte Konzepte einführen.
Wenn wir es richtig machen,
können wir für uns alle die Lebensqualität verbessern.
Vielen Dank.
(Applaus)
En 2015, 25 equipos de todo el mundo
compitieron en la construcción de robots antidesastres
que pudieran realizar tareas como usar una herramienta,
trabajar en terreno irregular y conducir un auto.
Eso suena increíble, y lo es.
Pero miren el cuerpo del robot ganador, HUBO.
En este video HUBO trata de salir del auto,
y tomen en cuenta que la velocidad del video es tres veces la normal.
(Risas)
HUBO, del equipo KAIST de Corea, es un robot último modelo
con capacidades impresionantes,
pero su cuerpo no parece distinto al de los robots de hace décadas.
Si miran a los otros robots del concurso,
sus movimientos aún se ven, pues, muy robóticos.
Sus cuerpos son complejas estructuras mecánicas hechas con materiales rígidos
como metal y motores eléctricos convencionales.
Está claro que no fueron diseñados para ser baratos,
seguros para la gente y adaptables a retos impredecibles.
Hemos hecho grandes progresos con el cerebro de los robots,
pero su cuerpo sigue siendo primitivo.
Ella es mi hija Nadia.
Solo tiene cinco años, pero puede salir del auto más rápido que HUBO.
(Risas)
También puede columpiarse con facilidad,
mucho mejor que cualquier robot nuevo con apariencia humana.
A diferencia de HUBO, el cuerpo humano utiliza materiales blandos y moldeables
como los músculos y la piel.
Necesitamos una nueva generación de robots
inspirados en la elegancia, eficiencia y los materiales blandos
que observamos en la naturaleza.
De hecho, esta es la idea principal en una nueva rama de investigación
llamada "robótica blanda".
Mi grupo de investigación y colegas de todo el mundo
usan componentes blandos basados en los músculos y la piel
para construir robots con agilidad y destreza
que se acerquen más y más
a las asombrosas capacidades de los organismos de la naturaleza.
El tejido muscular siempre ha sido una gran influencia para mí.
Es de esperarse,
pues soy austriaco y sé que eso les recuerda a Arnold en Terminator.
(Risas)
El tejido muscular biológico es una obra maestra de la evolución.
Puede sanarse a sí mismo y está integrado por neuronas sensitivas
que retroalimentan su movimiento e interacción.
Se contrae tan rápido como para impulsar el aleteo de un colibrí,
puede ser tan fuerte como el de un elefante,
y es tan adaptable y versátil como los brazos de un pulpo,
animal que puede pasar su cuerpo por pequeños orificios.
Los "actuadores" son a los robots lo que los músculos a los animales:
partes elementales del cuerpo
que permiten el movimiento e interacción con el mundo.
Si pudiéramos construir actuadores blandos,
o músculos artificiales, que sean versátiles, adaptables
y puedan tener el mismo desempeño que los músculos reales,
podríamos construir cualquier tipo de robot para casi cualquier situación.
Sabemos que la gente ha intentado por muchos años
igualar las asombrosas capacidades del músculo, pero es muy difícil.
Hace diez años, cuando hice mi doctorado en Austria,
mis colegas y yo redescubrimos
posiblemente una de las primeras publicaciones sobre músculos artificiales,
del año 1880.
"Sobre los cambios de forma y volumen de los cuerpos dieléctricos
causados por la electricidad"
fue escrita por el físico alemán Wilhelm Röntgen.
La mayoría de Uds. lo conoce como el descubridor de los rayos X.
Seguimos sus instrucciones y tomamos dos agujas.
Las conectamos a una fuente de alto voltaje
y las colocamos cerca de una pieza de goma transparente
a la que se le dio forma de bolsa de plástico.
Cuando encendimos la corriente, la goma se deformó.
Así como los bíceps flexionan nuestro brazo,
la goma flexionó la bolsa de plástico.
Parece magia; las agujas ni siquiera tocan la goma.
Aunque usar agujas no es un método práctico
para operar músculos artificiales.
Pero me obsesioné con el tema de este increíble experimento.
Quería crear nuevas formas de construir músculos artificiales
que funcionaran bien en situaciones reales.
Los siguientes años trabajé con distintas tecnologías prometedoras,
pero todas continúan planteando retos difíciles de superar.
En 2015, cuando fundé mi laboratorio en la Universidad de Colorado en Boulder,
quería probar una idea totalmente nueva.
Quería combinar la alta velocidad y eficiencia de los actuadores eléctricos
con la versatilidad y suavidad de los actuadores en medio líquido.
Por lo tanto, pensé que podría usar viejos conocimientos de una nueva manera.
El diagrama que ven aquí
muestra un efecto llamado el tensor de Maxwell.
Cuando ponen dos placas de metal
en un contenedor lleno de aceite y encienden la corriente,
el efecto de Maxwell hace subir el aceite entre las dos placas,
que es lo que están observando.
La cuestión era: ¿podemos usar este efecto para manipular aceite
en el interior de estructuras elásticas?
De hecho, funciona muy bien, siendo honesto, mejor de lo que esperaba.
Yo y mis destacados estudiantes usamos esta idea como punto de partida
para desarrollar una nueva tecnología llamada "músculos artificiales HASEL".
Son tan delicados que pueden tomar una frambuesa sin dañarla.
Se pueden expandir y contraer como músculos reales
y pueden funcionar más rápido que ellos.
Pueden agrandarse para lograr grandes esfuerzos.
Aquí pueden ver cómo levantan cuatro litros de agua.
Pueden operar un brazo robótico e incluso calcular su posición.
Los músculos HASEL pueden realizar movimientos precisos.
También pueden lograr movimientos fluidos
y ráfagas de poder para lanzar una pelota al aire.
Al sumergirlos en aceite,
los músculos HASEL se hacen invisibles.
Pero ¿cómo funcionan?
Se sorprenderán.
Están hechos con materiales muy baratos y asequibles.
Incluso pueden probar, se los recomiendo, la idea básica en casa.
Llenen algunas bolsas Ziploc con aceite de oliva.
Saquen todas las burbujas de aire que puedan.
Luego, coloquen una charola de cristal a un lado de la bolsa.
Al presionar, verán cómo la bolsa se contrae.
El nivel de contracción es fácil de controlar.
Si aplican un peso ligero, tendrán una contracción leve.
Con un peso medio, tenemos una contracción media.
Y con un gran peso, tenemos una gran contracción.
En los músculos HASEL, cambiamos la fuerza de la mano o el peso
por una corriente eléctrica.
HASEL significa "Hydraulically Amplified Self-Healing Electrostatic Actuators".
Aquí pueden ver el esquema de un actuador Peano-HASEL,
uno entre muchos posibles diseños.
De nuevo, toman un polímero flexible, como una bolsa Ziploc,
lo llenan con un líquido aislante, como aceite de oliva,
y en lugar de una charola de cristal
colocan un conductor en un lado de la bolsa.
Para crear algo que luzca como una fibra muscular,
pueden unir varias bolsas y agregar peso en un lado.
Luego, aplicamos el voltaje.
El campo eléctrico comienza a actuar en el líquido.
Desplaza el líquido y contrae el músculo.
Aquí pueden ver un actuador Peano-HASEL terminado
y cómo se expande y contrae al aplicarle la corriente.
De lado, pueden ver cómo las bolsas toman una forma cilíndrica,
como lo vimos con la bolsa Ziploc.
Incluso podemos colocar varias fibras musculares juntas
para crear algo que se parezca más a un músculo real
que se contrae y expande por secciones.
Estos de aquí están levantando unas 200 veces su propio peso.
Aquí pueden ver uno de nuestros diseños más recientes,
"Quadrant Donut HASEL", y cómo se expande y contrae.
Puede funcionar muy rápido y alcanzar velocidades superhumanas.
Es tan poderoso como para elevarse del suelo.
(Risas)
En resumen, los músculos HASEL podrían ser la primera tecnología
que empate o supere el desempeño del tejido muscular biológico
y que se produzca a gran escala.
Es una tecnología muy reciente, apenas estamos comenzando.
Tenemos muchas ideas para implementar mejoras,
como nuevos materiales y diseños para alcanzar el siguiente nivel
que supere al tejido muscular biológico y a los motores eléctricos tradicionales.
Como diseño más complejo de robot HASEL inspirado en la naturaleza,
aquí ven nuestro escorpión artificial usando su cola para cazar una presa,
en este caso, un globo con aire.
(Risas)
Retomando nuestra inspiración inicial,
la versatilidad de los músculos del pulpo y del elefante,
hoy somos capaces de construir actuadores blandos subsecuentes
cuyas capacidades se aproximan cada vez más a las del músculo real.
Las aplicaciones prácticas de los músculos HASEL son lo que más me entusiasma.
Harán posible la creación de dispositivos robóticos blandos
que mejoren la calidad de vida.
Estos dispositivos darán lugar a una nueva generación de prótesis
para personas que han perdido alguna extremidad.
Aquí pueden ver algunas de ellas en mi laboratorio.
Son las primeras pruebas de un dedo artificial.
Tal vez algún día podamos integrar a nuestro cuerpo partes robóticas.
Sé que suena un poco tétrico.
Pero cuando pienso en mis abuelos
y en cómo se vuelven más dependientes de otros
para una simple tarea, como usar el baño,
deben sentirse como una carga.
Con estos dispositivos podríamos restablecer y mejorar
la agilidad y destreza,
y así ayudar a los mayores a mantener su autonomía por más tiempo.
Tal vez podamos llamarlos "robots antiedad"
(Risas)
o incluso el siguiente paso en la evolución humana.
A diferencia de sus contrapartes rígidas,
los robots blandos serán seguros y podrán ayudarnos en casa.
Es un área muy nueva, apenas estamos comenzando.
Espero que muchas personas de todas partes
se nos unan en este viaje asombroso
y nos ayuden a forjar el futuro de la robótica
con nuevas ideas inspiradas en la naturaleza.
Si lo hacemos bien, podemos mejorar la calidad de vida para todo el mundo.
Gracias.
(Aplausos)
در سال ۲۰۱۵، ۲۵ تیم از سرتاسر جهان
برای ساختن رباتهایی برای مواجهه با بلایای طبیعی با هم رقابت کردند
که قادر به انجام شماری وظایف بودند،
مانند استفاده از ابزارهای برقی،
کار بر روی سطوح ناهموار
و راندن خودرو.
همه اینها قابل توجه به نظر میرسند و هستند،
اما به بدنهی ربات برنده، هوبو نگاه کنید.
اینجا هوبو تلاش میکند از یک خودرو پیاده شود،
و به یاد داشته باشید،
سرعت این ویدئو سه برابر شده است.
(خنده)
هوبو از تیم کایست از کُره، یک ربات پیشرفته
با توانمندیهای قابل توجه است،
ولی این ربات چندان متفاوت
از رباتهای چند دهه پیش به نظر نمیرسد.
اگر به سایر رباتهای حاضر در مسابقه نگاه کنید،
حرکات آنها نیز بسیار رباتیک به نظر میرسد.
بدنهی آنها، سازههای مکانیکی پیچیده
ساختهشده از مواد سخت
مانند فلز و موتورهای الکترونیکی سخت مرسوم هستند.
آنها قطعا طراحی نشدهاند
که کمهزینه، بیخطر
و قابل انطباق با چالشهای پیشبینی نشده باشند.
ما پیشرفتهایی خوبی در رابطه با مغزهای رباتها داشتهایم،
اما بدنههای آنها همچنان اولیه هستند.
این نادیا دختر من است.
او تنها پنج سال دارد
و میتواند بسیار سریعتر از هوبو از خودرو پیاده شود.
(خنده)
او همچنین میتواند به راحتی از این میلهها آویزان شود،
بسیار بهتر از تمام رباتهای انساننمای موجود.
بر خلاف هوبو،
بدن انسان به میزان زیادی از مواد نرم و تغییرپذیر
مانند ماهیچه و پوست استفاده میکند.
ما به نسل جدیدی از بدنههای رباتها نیاز داریم
که از ظرافت، کارایی و مواد نرمی الهام گرفته است
که در طرحهای طبیعی یافت میشوند.
و البته، این به ایدهی کلیدی حوزهی جدیدی از تحقیقات تبدیل شد
که رباتیک نرم نامیده میشود.
گروه تحقیقاتی من و همکارانی از سراسر جهان
در حال استفاده از قطعات نرمی هستند که از ماهیچه و پوست الهام گرفتهاند
تا رباتهایی با چابکی و مهارت بسازند
که نزدیک و نزدیکتر میشود
به توانمندیهای شگفتآور اندامهایی که در طبیعت یافت میشوند.
ماهیچههای زیستی به طور خاص همیشه الهامبخش من بودهاند.
خب، غافلگیرکننده نیست.
همچنین اتریشیام و میدانم صدایم کمی شبیه آرنولد، در ترمیناتور است.
(خنده)
ماهیچه زیستی، یک شاهکار واقعی تکامل است.
میتواند پس از آسیب، ترمیم شود
و به شدت با نورونهای حسی یکپارچه شده است
تا در حرکت از محیط بازخورد بگیرد.
میتواند با سرعت کافی منقبض شود تا به بالهای پرسرعت
مرغ مگسخوار نیرو دهد؛
میتواند به اندازه کافی قوی شود تا یک فیل را حرکت دهد؛
و به قدر کافی انطباقپذیر است که در بازوهای چندکاره
اختاپوس استفاده شود،
حیوانی که میتواند تمام بدنش را فشرده کند و از سوراخهای کوچک رد شود.
عملگرهای رباتها، همان ماهیچههای حیوانات هستند:
اجزای کلیدی بدن
که حرکت و تعامل با جهان را امکانپذیر میکنند.
پس اگر بتوانیم عملگرهای نرم بسازیم،
یا ماهیچههای مصنوعی،
که چندکاره، انطباقپذیر
و دارای عملکرد مشابه با نمونههای واقعی باشند،
میتوانیم تقریباً هر نوع رباتی
برای تقریباً هر استفادهای بسازیم.
تعجبآور نیست که چند دهه تلاش شده
که توانمندیهای شگفتآور ماهیچه تکرار شود،
اما این کار بسیار سخت بوده است.
حدود ۱۰ سال پیش،
وقتی در اتریش دکتری خواندم،
من و همکارانم چیزی را پیدا کردیم
که احتمالاً یکی از نخستین مقالات در مورد ماهیچه مصنوعی بود
که در سال ۱۸۸۰ چاپ شده بود.
《در مورد شکل و میزان تغییرات بدنههای دیالکتریک
ناشی از الکتریسیته》》
انتشار یافته توسط فیزیکدان آلمانی ویلهم رانتگن.
بیشتر شما او را به عنوان کاشف اشعه ایکس میشناسید.
با پیروی از دستورالعملهای او، ما از یک جفت سوزن استفاده کردیم.
آن را به منبع ولتاژ بالا متصل کردیم،
و کنار قطعهی شفاف لاستیکی قرار دادیم
که روی قابی پلاستیکی کشیده شده بود.
وقتی ولتاژ را برقرار کردیم،
لاستیک تغییر شکل یافت،
و درست مانند ماهیچههای دوسر که بازوهایمان را خم میکنند،
لاستیک قاب پلاستیکی را خم کرد.
شبیه به جادو است.
سوزنها حتی لاستیک را لمس نمیکنند.
حالا، استفاده از دو سوزن، یک راه عملی
برای کار با ماهیچههای مصنوعی نیست،
اما این آزمایش شگفتانگیز من را به این موضوع علاقهمند کرد.
من میخواستم راههای جدیدی برای ساخت ماهیچههای مصنوعی خلق کنم
که برای کاربردهای واقعی، خوب کار کنند.
در سالهای بعد، من بر روی فناوریهای متفاوتی کار کردم
که همگی نویدبخش بودند
اما همچنان چالشهایی داشتند که غلبه بر آنها دشوار بود.
در سال ۲۰۱۵،
وقتی آزمایشگاه خودم را در دانشگاه کلرادو بولدر تأسیس کردم،
میخواستم یک ایدهی کاملاً جدید را امتحان کنم.
میخواستم سرعت بالا و کارایی
عملگرهای الکتریکی را
با تطبیقپذیری عملگرهای نرم و سیال ترکیب کنم.
بنابراین، فکر کردم
شاید بتوانم از علم خیلی قدیمی در یک راه جدید استفاده کنم.
شکلی که میبینید
اثری را نشان میدهد که تنش ماکسول نام دارد.
وقتی دو صفحهی فلزی را
در یک مخزن روغن قرار میدهید،
و سپس ولتاژ را برقرار میکنید،
تنش ماکسول، روغن را به سمت بالای بین دو صفحه میراند،
و این چیزی است که میبینید.
پس ایدهی اصلی این بود که
آیا میتوانیم از این اثر برای فشار دادن روغنِ
موجود در سازههای کشش نرم استفاده کنیم؟
و البته، به طرز شگفتآوری خوب عمل کرد،
صادقانه بگویم، بسیار بهتر از آنچه انتظار داشتم.
به همراه گروه عالی دانشجویانم،
از این ایده به عنوان نقطه شروع استفاده کردیم
تا فناوری جدیدی به نام ماهیچههای مصنوعی هِیزِل توسعه دهیم.
هیزلها به اندازه کافی ظریف هستند که یک تمشک را بردارند
بدون این که به آن آسیب برسانند.
میتوانند مانند ماهیچهی واقعی، منبسط و منقبض شوند.
و میتوانند بسیار سریعتر از نمونهی واقعی عمل کنند.
همچنین میتوانند بزرگ شوند تا نیروهای بزرگی را انتقال دهند.
اینجا آنها را میبینید که یک بشکه پر از آب را بلند میکنند.
همچنین میتوانند برای حرکت دادن یک بازوی رباتیک استفاده شوند،
حتی میتوانند موقعیت خودشان را حس کنند.
هیزلها میتوانند برای حرکات بسیار دقیق استفاده شوند،
اما توانایی انتقال حرکات سیال و ماهیچه مانند
و انفجار قدرت برای شوت کردن یک توپ به هوا را نیز دارند.
با غرق شدن در روغن،
ماهیچههای مصنوعی هیزل میتوانند نامرئی شوند.
پس ماهیچههای مصنوعی هیزل چگونه کار میکنند؟
شاید غافلگیر شوید.
آنها از مواد ارزان و در دسترس ساخته میشوند.
میتوانید امتحان کنید و پیشنهاد میکنم
اصل اولیه را در خانه امتحان کنید.
چند پاکت زیپدار را با روغن زیتون پر کنید.
سعی کنید هر چقدر میتوانید حبابهای هوا را خارج کنید.
حالا یک بشقاب شیشهای را بر روی یک سطح پاکت قرار دارید.
وقتی که آن را فشار میدهید، پاکت منقبض میشود.
حالا مقدار انقباض، قابل کنترل است.
وقتی وزن کمی وارد میکنید، کمی منقبض میشود.
با وزن متوسط، انقباض متوسط داریم.
و با وزن زیاد، انقباض زیاد داریم.
حالا برای هیزلها، تنها تفاوت این است که نیروی دست شما
یا وزن، با یک نیروی الکتریکی جایگزین میشود.
هیزل مخففِ "عملگرهای الکترواستاتیک خودترمیمشونده تقویتشده هیدرولیکی" است.
اینجا یک طرح هندسی را به نام عملگرهای پئانو-هیزل میبینید،
یکی از چندین طرح ممکن.
دوباره، یک پلیمر انعطافپذیر مانند پاکت زیپدار برمیدارید،
آن را با یک مایع عایق مانند روغن زیتون پر میکنید،
و حالا، به جای بشقاب شیشهای،
یک هادی الکتریسیته را روی یک طرف کیسه قرار میدهید.
برای ساختن چیزی که بیشتر شبیه به بافت ماهیچه به نظر برسد،
میتوانید چند کیسه را به هم متصل کنید
و وزنهای را به یک طرف متصل کنید.
بعد، ولتاژ را اعمال میکنیم.
حالا یک میدان الکتریکی روی مایع عمل میکند.
مایع را جابجا میکند،
و به ماهیچه نیرو میدهد تا منقبض شود.
اینجا یک عملگر پئانو-هیزل تکمیلشده را میبینید
و این که چگونه با اعمال ولتاژ، منبسط و منقبض میشود.
اگر از یک طرف به آن نگاه کنید،
میتوانید ببینید که آن کیسهها شکل استوانهای به خود گرفتهاند،
همان چیزی که با پاکتهای زیپدار دیده بودیم.
همچنین میتوانیم بافتهای ماهیچهای بیشتری را کنار هم قرار دهیم
تا چیزی بسازیم که بیشتر شبیه به یک ماهیچه به نظر برسد
که آن هم در مقاطعی، منبسط و منقبض میشود.
این هیزلها، وزنی را بلند میکنند که ۲۰۰ برابر سنگینتر
از وزن خودشان است.
اینجا یکی از جدیدترین طرحهایمان را میبینید که هیزلهای رُبع دونات نام دارد
و این که چگونه منبسط و منقبض میشوند.
آنها میتوانند بسیار سریع عمل کنند و به سرعتهای فراانسانی برسند.
حتی اینقدر قوی هستند که میتوانند بپرند.
(خنده)
در مجموع، هیزلها این نوید را میدهند که به اولین فناوری بدل شوند
که برابر یا فراتر از عملکرد ماهیچههای زیستی هستند
در حالی که امکان تولید انبوه را نیز دارند.
البته فناوری بسیار جوانی است. ما تازه داریم شروع میکنیم.
ایدههای زیادی داریم برای این که چگونه عملکرد را به شدت بهبود دهیم،
با استفاده از مواد جدید و طراحیهای جدید تا به سطحی از عملکرد برسیم
که فراتر از ماهیچههای زیستی و همچنین فراتر از موتورهای الکتریکی سخت سنتی باشد.
در حرکت به سمت طراحیهای پیچیدهتری برای هیزل الهامگرفته از زیست،
اینجا عقرب مصنوعی ما را میبینید
که میتواند از دُم خود برای شکار طعمه استفاده کند،
که در این مورد، یک بالن لاستیکی است.
(خنده)
با بازگشت به الهام اولیهمان،
انطباقپذیری بازوهای اختاپوس و بدن فیل،
حالا قادریم عملگرهای نرم پیوستهای بسازیم
که به توانمندیهای اعضای واقعی، نزدیک و نزدیکتر میشوند.
من خیلی هیجانزدهام برای کاربردهای عملی
ماهیچههای مصنوعی هیزل.
آنها دستگاههای رباتیک نرم را قادر میسازند
که بتوانند کیفیت زندگی را بهتر کنند.
رباتیک نرم، نسل جدیدی از اعضای مصنوعی شبیه به واقعیت را تحقق میبخشد
برای افرادی که اعضای بدن خود را از دست دادهاند.
اینجا چند هیزل را در آزمایشگاه من میبینید،
آزمایش اولیه حرکت یک انگشت مصنوعی.
یک روز شاید حتی بدنهایمان را با اعضای رباتیک ادغام کنیم.
میدانم که در نگاه اول خیلی ترسناک به نظر میرسد.
اما وقتی به پدربزرگها و مادربزرگهایمان فکر میکنم.
و طوری که بیشتر به دیگران وابسته میشوند
تا کارهای روزمره ساده مانند دستشویی رفتن را انجام دهند،
اغلب فکر میکنند که به یک سربار تبدیل میشوند.
با رباتیک نرم، ما قادر به ارتقاء و بازیابی
چابکی و مهارت خواهیم بود،
و به این ترتیب به افراد مسنتر کمک کنیم استقلال خود را
در مدت بیشتری از زندگی حفظ کنند.
شاید بتوانیم آن را "رباتیک و ضدپیری" بنامیم
یا حتی مرحله بعدی از تکامل انسان.
بر خلاف همتایان سنتی سخت خود،
رباتهای شبهواقعی نرم، به شکل امن کنار مردم عمل کرده و به ما در خانه کمک میکنند.
رباتیک نرم حوزه بسیار جوانی است. ما تازه داریم شروع میکنیم.
امیدوارم بسیاری از جوانان با سوابق مختلف
به ما در این سفر جذاب ملحق شوند
و به ایجاد آیندهای از رباتیک
با معرفی مفاهیم جدید الهامگرفته از طبیعت کمک کنند.
اگر این کار را درست انجام دهیم،
میتوانیم کیفیت زندگی را
برای همه بهتر کنیم.
سپاسگزارم.
(تشویق)
En 2015, 25 équipes à travers le monde
ont concouru pour construire des robots sauveteurs,
capables d'exécuter certaines tâches,
comme utiliser un outil électrique,
travailler sur un terrain accidenté
et conduire un véhicule.
Tout ça a l'air impressionnant, et c'est le cas,
mais regardez la structure du robot gagnant, HUBO.
Ici, HUBO essaie de sortir d'une voiture,
et gardez en mémoire,
la vidéo est accélérée trois fois.
(Rires)
HUBO, créé par KAIST en Corée, est à la pointe de la technologie
avec des capacités impressionnantes,
mais ce corps n'a pas l'air si différent
des autres robots qu'on a vus il y a quelques décennies.
Si vous regardez les autres robots de la compétition,
leurs mouvements ont aussi l'air très robotiques.
Leurs corps sont faits de structures mécaniques
utilisant des matériaux rigides
tels que le métal et des moteurs traditionnels électriques rigides.
Ils n'ont certainement pas été conçus
pour être bon marché, sûrs
et faciles à adapter à des défis imprévisibles.
Nous avons bien progressé avec les cerveaux des robots,
mais leurs corps sont encore primitifs.
Voici ma fille Nadia.
Elle a seulement cinq ans
et peut sortir de la voiture plus rapidement que HUBO.
(Rires)
Elle peut aussi se balancer sur les barres de singe facilement,
beaucoup mieux que n'importe quel robot humanoïde.
Contrairement à HUBO,
le corps humain utilise constamment des matériaux souples et déformables
tels que le muscle et la peau.
Il faut une nouvelle génération de corps de robot
inspirée par l'élégance, l'efficacité et la souplesse
des designs trouvés dans la nature.
Et en effet, cela est devenu l'idée clé d'un nouveau domaine de recherche
appelé la robotique souple.
Mon groupe de recherche et mes collaborateurs dans le monde
utilisent des composants flexibles inspirés des muscles et de la peau
pour fabriquer des robots agiles et habiles
qui sont de plus en plus proches
des capacités impressionnantes des organismes naturels.
J'ai toujours été particulièrement inspiré par les muscles biologiques.
Ce n'est pas surprenant.
Je suis aussi autrichien, et je sais que je parle un peu comme Arnie, le Terminator
(Rires)
Le muscle biologique est un vrai chef-d’œuvre de l’évolution.
Il peut guérir après un dommage
et il est étroitement intégré avec des neurones sensoriels
pour la rétroaction sur le mouvement et l'environnement.
Il peut se contracter rapidement pour le battement rapide des ailes d'un colibri ;
il peut devenir assez fort pour déplacer un éléphant;
et il est suffisamment adaptable pour les bras extrêmement polyvalents
d'une pieuvre,
un animal qui peut comprimer son corps à travers de minuscules trous.
Les actionneurs sont pour les robots ce que les muscles sont pour les animaux :
les acteurs clés du corps
qui permettent le mouvement et l'interaction avec le monde.
Donc, si nous pouvions construire des actionneurs souples,
ou des muscles artificiels,
qui soient aussi polyvalents et adaptables,
avec les mêmes performances que les vrais,
nous pourrions construire presque tout type de robot
pour presque tous les types d'usages.
Sans surprise, les gens ont essayé pendant de nombreuses décennies
de reproduire les capacités impressionnantes du muscle,
mais cela a été très difficile.
Il y a environ 10 ans,
quand j'ai fait mon doctorat en Autriche,
mes collègues et moi avons redécouvert
ce qui est probablement l'une des toutes premières publications
sur le muscle artificiel, publiée en 1880.
« Modifications de forme et de volume des corps diélectriques
causées par l'électricité »,
publié par le physicien allemand Wilhelm Röntgen.
La plupart d'entre vous le connaissent pour sa découverte de la radiographie.
Suivant ses instructions, on a utilisé une paire d’aiguilles
connectée à une source haute tension
et posée près d’un morceau de caoutchouc transparent
pré-étiré sur un cadre en plastique.
Une fois le courant allumé,
le caoutchouc s'est déformé
et tout comme nos biceps fléchissent nos bras,
le caoutchouc a plié le cadre.
On dirait de la magie.
Les aiguilles ne touchent même pas le caoutchouc.
Cependant, avec deux aiguilles, il n'est pas évident
de faire fonctionner des muscles artificiels,
mais cette incroyable expérience m'a attaché au sujet.
Je voulais innover pour la construction de muscles artificiels
qui pourraient fonctionner pour des applications réelles.
Les années suivantes, j'ai travaillé sur différentes technologies
qui étaient prometteuses,
mais qui présentaient toutes des défis difficiles à surmonter.
En 2015,
quand j'ai débuté mon laboratoire à la CU Boulder,
je voulais tester une nouvelle idée.
Je voulais combiner une vitesse élevée et l'efficacité
des actionneurs électriques,
avec des actionneurs polyvalents souples et fluides.
Par conséquent, j'ai pensé,
que je pourrais utiliser une science ancienne d'une nouvelle manière.
Le diagramme que vous voyez ici
montre un effet appelé le stress de Maxwell.
Quand deux plaques de métal
sont placées dans un récipient d'huile,
puis mises sous tension,
le stress de Maxwell force l'huile entre les deux plaques,
et c'est ce que vous voyez ici.
L'idée principale était :
pouvons-nous utiliser cet effet pour déplacer l'huile
contenue dans des structures extensibles ?
Et en effet, cela marche étonnamment bien.
Franchement, mieux que ce que je pensais.
Avec ma remarquable équipe d'étudiants,
on a utilisé cette idée de départ
pour développer une nouvelle technologie appelée muscles artificiels HASEL.
Les HASEL sont assez délicats pour prendre une framboise
sans l'endommager.
Ils peuvent s'étendre et se contracter comme des vrai muscles.
Et être commandés plus vite que les muscles réels.
Ils peuvent être renforcés pour délivrer de grandes forces.
Ici vous pouvez les voir soulever un bidon rempli d'eau.
Ils peuvent être utilisés pour piloter un bras robot
et ils peuvent même repérer leur position.
Les HASEL peuvent être utilisés pour des mouvements très précis,
mais aussi pour des mouvements très fluides, semblables au muscle,
et augmenter de puissance pour tirer une balle en l'air.
Plongés dans l'huile,
les muscles artificiels HASEL peuvent être rendus invisibles.
Alors comment marchent les HASEL ?
Vous serez peut-être surpris.
Ils sont basés sur des matériaux disponibles et peu coûteux.
Vous pouvez même essayer, et je le conseille,
le principe de base chez vous.
Prenez des sacs zippés et remplissez-les d'huile d'olive.
Retirez les bulles d'air si possible.
Maintenant, placez un support en verre d'un côté du sac.
Quand vous appuyez, le sac se contracte.
Le niveau de contraction est facile à contrôler.
Quand vous prenez un poids léger, vous avez une petite contraction.
Avec un poids moyen, on obtient une moyenne contraction.
Et avec un poids lourd, vous obtenez une grande contraction.
Pour les HASEL, la seule différence est de remplacer la force de votre main
ou le poids, par une force électrique.
HASEL : « actionneur électrostatique auto-guérisseur amplifié hydrauliquement »
Ici vous voyez une géométrie qu'on nomme actionneurs Peano-HASEL,
un parmi les nombreux designs possibles.
De nouveau, vous prenez un polymère flexible comme notre sac zippé
que vous remplissez d'un liquide isolant, comme l'huile d'olive,
et maintenant, à la place d'une plaque de verre,
vous placez un conducteur électrique sur un côté du sac.
Pour créer une sorte de fibre musculaire,
vous pouvez connecter plusieurs sacs
et attacher un poids d'un côté des sacs.
Ensuite, on met sous tension.
Maintenant, le champ électrique commence à agir sur le liquide,
Il déplace le liquide,
et il force le muscle à se contracter.
Ici vous regardez l'actionneur Peano-HASEL complet
et comment il s'étend et se contracte lorsque le voltage est appliqué.
Vu de l’intérieur,
Vous pouvez vraiment voir ces sacs prendre une forme plus cylindrique,
comme pour les sacs zippés.
On peut aussi placer quelque-unes de ces fibres musculaires à côté
pour être plus semblable à un muscle
qui se contracte et s'étend en sections transversales.
Ces HASEL ici soulèvent un poids 200 fois plus lourd
que leur propre poids.
Ici vous voyez un des nouveaux designs, appelé quadrant donut HASEL
et comment ils s'élargissent et se contractent.
Ils peuvent fonctionner très rapidement, atteignant des vitesses surhumaines.
Ils sont même assez puissants pour sauter en l'air.
(Rires)
Globalement, les HASEL ont le potentiel de devenir la première technologie
qui égale ou surpasse la performance des muscles biologiques
tout en étant compatible avec la fabrication à grande échelle.
C'est aussi une très jeune technologie. Nous débutons juste.
On a beaucoup d'idées sur comment améliorer nettement les performances,
avec de nouveaux matériaux et designs pour atteindre un niveau de performance
au-delà des muscles biologiques et des traditionnels moteurs électriques rigides.
En allant vers des designs plus complexes pour la bio-robotique -
voici notre scorpion artificiel
qui peut utiliser sa queue pour chasser des proies,
dans ce cas, un ballon.
(Rires)
Revenons à notre inspiration initiale,
la flexibilité des tentacules de pieuvre et de trompe d'éléphant,
nous pouvons maintenant construire des actionneurs continus mous
qui se rapprochent de plus en plus de la capacité du réel.
Je suis très excité sur les applications pratiques
des muscles artificiels HASEL.
Ils vont permettre des robots mous
qui peuvent améliorer la qualité de vie.
Ils vont favoriser une nouvelle génération de prothèse plus réaliste
pour les personnes qui ont perdu une partie de leur corps.
Vous pouvez voir ici des HASEL de mon laboratoire,
les premiers tests, pour une prothèse de doigt.
Un jour, on pourra peut-être fusionner nos corps avec des pièces de robotique.
Je sais qu'à première vue, cela semble effrayant.
Mais quand je pense à mes grands-parents
et à la façon dont ils deviennent plus dépendants des autres
pour réaliser les tâches quotidiennes comme seulement utiliser les toilettes,
ils se sentent souvent comme s'ils étaient un fardeau.
Avec la robotique souple, on sera capable d'améliorer et de restaurer
l'agilité et la dextérité,
et ainsi aider les personnes âgées à maintenir leur autonomie
plus longtemps dans leur vie.
Nous pouvons peut-être appeler cela « la robotique anti-vieillissement »
ou même la prochaine étape de l'évolution humaine.
Contrairement à leurs homologues rigides,
les robots souples réalistes agiront sans danger et nous aideront à la maison.
La robotique souple est un nouveau domaine qui commence juste.
J'espère que beaucoup de jeunes personnes de milieux différents
nous rejoindront dans cette aventure passionnante
et développeront le futur de la robotique
en introduisant de nouveaux concepts inspirés par la nature.
Si on le fait bien,
on peut améliorer la qualité de vie
pour nous tous.
Merci.
(Applaudissements)
2015-ben 25 csapat versenyzett az egész világról,
hogy különböző feladatokra,
pl. kéziszerszám használatára,
egyenetlen terepen való munkára
és autóvezetése alkalmas
katasztrófaelhárító robotokat építsen.
Ez lelkesítőnek hangzik; és az is.
De nézzük meg a győztes robot, a HUBO testét!
HUBO itt kocsiból kászálódik ki,
és ne feledjük:
a videót háromszorosára gyorsítottuk.
(Nevetés)
HUBO, a koreai KAIST csapat terméke,
lenyűgöző képességű modern robot,
de teste nem sokban különbözik
a pár évtizede látottakétól.
A versenyben részt vett más robotok mozgása is
igencsak robotszerű.
Testük bonyolult gépszerkezetekből áll,
melyekhez merev anyagokat használnak,
pl. fémet és hagyományos, merev villanymotorokat.
Bizonyára nem úgy lettek tervezve,
hogy olcsók, emberekre veszélytelenek
és előre nem látható esetekben alkalmazkodók legyenek.
Jelentős haladást értünk el a robotok agyát tekintve,
de testük még kezdetleges.
Ő itt Nadia lányom.
Csak ötéves,
de sokkal gyorsabban száll ki a kocsiból, mint HUBO.
(Nevetés)
Könnyedén csimpizik végig a trapézhintán,
sokkal ügyesebben, mint ma bármely emberszerű robot.
A HUBO-tól eltérően
az emberi test kiterjedten használ lágy és alakítható anyagokat,
pl. izmot és bőrt.
A robottestek új nemzedékére van szükség,
amelyet a természet tervezte lágy anyagok eleganciája
és hatékonysága ihletett.
Valóban, ez vált az új kutatási terület,
az ún. lágy robotika vezérelvévé.
Kutatócsoportom és világszerte dolgozó partnereim
izom és bőr ihlette lágy összetevőkből
építenek mozgékony és ügyes robotokat,
melyek egyre közelebb járnak
a természet megdöbbentő képességű szervezeteihez.
Mindig is megihletett a biológiai izom.
Ez nem meglepő.
Osztrák vagyok, s tudom, hogy beszédem úgy hangzik, mint Arnié, a terminátoré.
(Nevetés)
A biológiai izom az evolúció igazi mesterműve.
Sérülés után meg tud gyógyulni,
és szorosan egybeépül az érzőidegekkel
a mozgás és a környezet visszacsatolására.
Elég gyorsan össze tud húzódni, hogy energiával lássa el
a kolibri sebes szárnycsapásait;
elég erősre nő, hogy elefántot mozgasson,
s elég alkalmazkodó,
hogy a rendkívül sokoldalú polipkarban használható legyen.
A polip egész kis lyukon is át tudja préselni teljes testét.
A működtető szervek olyanok a robotoknak, mint az izmok az állatoknak:
a test kulcsfontosságú részei,
melyek révén mozognak s kölcsönhatásban vannak a környezetükkel.
Ha képesek leszünk lágy működtető szerveket
vagy mesterséges izmokat építeni,
melyek oly sokoldalúak, alkalmazkodók
és ugyanolyan teljesítményűek, mint az igaziak,
akkor bármilyen robotot
majd minden célra létrehozhatunk.
Nem csoda, hogy az ember évtizedek óta
próbálja utánozni az izom döbbenetes képességeit,
de ez nem megy könnyen.
Kb. 10 éve,
amikor Ausztriában a doktorimra készültem,
munkatársaimmal rábukkantunk
a mesterséges izomról szóló, talán első közleményre,
amely 1880-ban jelent meg:
"Dielektrikumok alak- és térfogatváltozása
villamos áram hatására."
Wilhelm Röntgen német fizikus tette közzé.
Nevét a röntgensugarak felfedezőjeként ismerik.
Utasításait követve két tűt
nagyfeszültségű áramforrásra kapcsoltunk,
és műanyag keretre kifeszített
átlátszó gumidarab mellé tettük,
Az áram bekapcsolásakor
a gumi deformálódott,
és mint mikor bicepszünk behajlítja a karunkat,
a gumi meghajlította a műanyag keretet.
Varázslatnak tűnik.
A gumit a tűk még csak nem is érintették.
Két tűvel nemigen gyakorlatias
mesterséges izmok működtetése,
de e pompás kísérlettel a téma rabja lettem.
Szerettem volna új módszereket mesterséges izmok létrehozására,
amelyek igazi körülmények közt is jól működnek.
A következő években számos technológián dolgoztam,
mind reményteljes volt,
de mindegyikkel fönnmaradt valamilyen fogas kérdés.
2015-ben,
mikor saját laboromat indítottam a CU Boulderen,
teljesen új ötletet szerettem volna kipróbálni.
Ötvözni akartam az elektromos működtető szerv nagy sebességét
és hatékonyságát
a lágy, folyadékos működtető szerv sokoldalúságával.
Azt gondoltam,
hogy új módon alkalmazhatnám a régi tudományt.
Az ábrán látható
az ún. Maxwell-feszültségtenzor hatása.
Ha két fémlapot
olajjal teli tartályba helyezünk,
majd feszültséget kapcsolunk rájuk,
a Maxwell-tenzor a lemezek közti olajat fölfelé nyomja.
Ez látható az ábrán.
Az ötlet lényege abban állt,
hogy e hatást alkalmazva
a lágy, rugalmas rendszerekben lévő olajat tudjuk-e keringetni?
A dolog meglepően jól működött,
őszintén szólva, a vártnál jobban.
Kiváló diákjaimmal együtt
ebből az ötletből kiindulva új technológiát fejlesztettünk ki,
az ún. HASEL mesterséges izmot.
A HASEL annyira gyengéd, hogy egy szem málnát úgy fölszed,
hogy nem tesz kárt benne.
Úgy nyúlik és húzódik össze, mint az igazi izom.
Gyorsabban működik, mint az igazi.
Nagyobb erőkifejtéshez megnövelhető.
Itt épp öt liter vizet emel föl.
Robotkar meghajtására használható,
ráadásul még a helyzetét is érzékeli.
A HASEL nagyon pontos mozdulatokra képes,
de megy neki a nagyon egyenletes, folyamatos izommozgás,
sőt még az erőbedobás is, hogy levegőbe lője a labdát.
Olajba merítve
a HASEL mesterséges izmok láthatatlanná válnak.
Hogy működik a HASEL?
Meg lesznek lepve.
Nagyon olcsó, könnyen hozzáférhető anyagokból készülnek.
Javaslom, próbálják ki otthon
a működési elve lényegét.
Egypár tépőzáras tasakot töltsenek meg olívaolajjal.
Nyomják ki a tasakból a levegőt, amennyire lehet.
Helyezzenek üveglapot a tasak egyik oldalára.
Lenyomva a tasak láthatóan összenyomódik.
Az összenyomódás mértékét könnyű szabályozni.
Kis súly – kis összenyomódás.
Közepes súly – közepes összenyomódás.
Nagy súly – nagy összenyomódás.
A HASEL csak annyiban más, hogy kezünk erejét vagy a súlyt
elektromos erő helyettesíti.
A HASEL jelentése: hidraulikusan erősített öngyógyító elektrosztatikus hajtás.
Ez itt a Peano-HASEL működtető szerv
egyik változatának vázlata.
Megint csak rugalmas polimerbe, mint pl. a tépőzáras tasak,
szigetelőfolyadékot, pl. olívaolajat töltünk,
de üveglap helyett
villamos vezetőt helyezünk a tasak egyik oldalára.
Ha valami izomrostszerűt akarunk,
összeköthetünk egypár tasakot,
és súlyt tehetünk az egyik oldalára.
Most ráadjuk a feszültséget.
A villamos tér hatni kezd a folyadékra,
elmozdítja,
és az izmot összehúzódásra készteti.
Ezen a kész Peano-HASEL működtető szerv látható,
hogy a ráadott feszültség hatására hogyan nyúlik meg és húzódik össze.
Oldalról nézve látható,
ahogy a tasakok egyre inkább hengeralakot vesznek föl,
ahogy a tépőzáras tasakoknál láttuk.
Több izomrostot is egymás mellé helyezhetünk,
hogy még inkább izomkinézetű legyen:
keresztirányban összehúzódnak és megnyúlnak.
Ez a HASEL a saját súlyánál
200-szor nagyobb súlyt emel.
Itt az egyik legújabb fejlesztésünk, az ún. szögletes fánk HASEL látható,
s az, ahogy összehúzódik és megnyúlik.
Hihetetlen gyorsan, emberfeletti sebességgel működik.
Annyira erős, hogy még föl is tud ugrani.
(Nevetés)
A HASEL ígéretes első technológiának mutatkozik,
amely eléri vagy meg is haladja a biológiai izom teljesítményét,
miközben nagyüzemi gyártásra is alkalmas.
Ez nagyon fiatal technológia; épp csak belefogtunk.
Sok ötletünk van a teljesítménye ugrásszerű fokozására
új anyagokkal és új megoldásokkal,
hogy túlszárnyaljuk a biológiai izmot és a merev villanymotorokat.
A bioihletésű robotika terén a HASEL összetettebb megoldásai közül
ez itt a mesterséges skorpiónk,
amely farkával vadászik áldozatára,
esetünkben egy léggömbre.
(Nevetés)
Eredeti ihletünkhöz,
a polip karjának s az elefánt ormányának sokoldalúságához visszatérve,
már képesek vagyunk lágy, fokozatmentes működtető szerveket építeni,
amelyek egyre jobban megközelítik az igaziak teljesítményét.
Leginkább a HASEL mesterséges izom
gyakorlati alkalmazása nyűgöz le.
Lágy roboteszközöket valósíthatunk meg velük,
amelyek javítják az életminőséget.
A lágy robotika az életszerűbb protézisek új nemzedékét teszik lehetővé azoknak,
akik valamely testrészüket elvesztették.
Itt látható laboromban
a HASEL-lel készült ujjprotézis kezdeti tesztelése.
Testünket egykor majd tán robottagokkal egyesíthetjük.
Tudom, hogy első hallásra ez ijesztő.
De ha nagyszüleimre gondolok,
és arra, ahogy egyre inkább rá voltak másokra szorulva
mindennapi életvitelük során, pl. az önálló vécéhasználatban,
gyakran érezték, hogy mások terhére vannak.
Lágy robotikával képesek leszünk
a mozgékonyságot és az ügyességet javítani és visszaadni,
s ezáltal segíteni az időseknek,
hogy minél tovább megőrizhessék függetlenségüket.
Talán elnevezhetnénk ezt "öregedésgátló robotikának"
vagy az emberi evolúció következő szakaszának.
Hagyományos merev társaiktól eltérően
a lágy, életszerű robotok biztonságosan segítik majd mindennapjainkat.
A lágy robotika igen fiatal terület, csak most kezdtünk hozzá.
Remélem, hogy sok, más-más származású fiatal
tart velünk ezen az úton,
és segíti elő a robotika alakítását
természet ihlette új elgondolások megvalósításával.
Amennyiben helyesen cselekszünk,
javíthatunk az életminőségen
mindannyiunk számára.
Köszönöm.
(Taps)
Nel 2015, 25 team provenienti da tutto il mondo
si sono sfidati nella costruzione di robot di salvataggio
capaci di svolgere diversi compiti,
come utilizzare uno strumento,
passare su terreni accidentati
e guidare una macchina.
Un'impresa sicuramente notevole,
ma osservate il corpo del robot vincitore, HUBO.
Qui lo vedete mentre cerca di scendere da una macchina,
e tenete in considerazione
che il video è al triplo della velocità.
(Risate)
HUBO, del team coreano KAIST, è un robot all'avanguardia,
dotato di capacità straordinarie,
ma il suo corpo è poi così diverso
da quello dei robot di qualche decennio fa.
Se osservate gli altri robot in gara,
anche i loro movimenti ci appaiono molto robotici.
I loro corpi sono strutture meccaniche complesse
basate su materiali rigidi,
come il metallo o i tradizionali motori elettrici rigidi.
Non sono stati progettati
per essere low-cost, sicuri per il pubblico,
e capaci di rispondere a circostanze impreviste.
I cervelli robotici hanno fatto enormi progressi,
ma i loro corpi sono ancora allo stato primitivo.
Questa è mia figlia Nadia.
Ha solo cinque anni
ma è molto più veloce di HUBO a scendere da una macchina.
(Risate)
È anche molto brava a dondolarsi sulle sbarre,
molto più brava di qualunque robot umanoide odierno.
Al contrario di HUBO,
il corpo umano fa ampio uso di materiali morbidi e deformabili,
come i muscoli e la pelle.
Sono necessari corpi robotici di nuova generazione
che si ispirino all'eleganza, all'efficienza e ai materiali morbidi
che vediamo utilizzati in natura.
Questa è diventata l'idea chiave di una nuova branca della ricerca
chiamata "robotica morbida".
Con il mio gruppo di ricerca e i nostri collaboratori
utilizziamo componenti morbide ispirate ai muscoli e alla pelle
per costruire robot che possiedano agilità e destrezza
sempre più simili
alle incredibili capacità degli organismi che troviamo in natura.
I muscoli sono sempre stati fonte di grande ispirazione per me.
Niente di strano in questo.
Sono austriaco, e il mio accento è lo stesso di Arnie, Terminator.
(Risate)
Il tessuto muscolare biologico è un vero capolavoro evolutivo.
Può rigenerarsi se danneggiato
ed è in costante scambio con i neuroni sensoriali
sugli stimoli motori e ambientali.
Può contrarsi tanto velocemente da sostenere il battito d'ali
di un colibrì;
può essere tanto forte da muovere un elefante;
ed è ciò che rende tanto versatili e malleabili i tentacoli
di un polipo,
un animale che può restringersi tanto da passare in un piccolo foro.
Gli attuatori sono per i robot quello che i muscoli sono per gli animali:
componenti essenziali del corpo
che permettono il movimento e l'interazione con il mondo esterno.
Se potessimo costruire attuatori morbidi,
o muscoli artificiali,
che siano versatili, flessibili
e con le stesse prestazioni di quelli reali,
potremmo costruire quasi ogni tipo di robot
per quasi ogni tipo di compito.
Non a caso, sono ormai decenni che si cerca il modo
di ricreare le incredibili capacità dei muscoli,
ma non è un'impresa facile.
Circa 10 anni fa,
quando ho conseguito il dottorato in Austria,
io e i miei colleghi abbiamo riscoperto
quella che è probabilmente la prima pubblicazione sui muscoli artificiali,
datata 1880.
"Sui mutamenti di forma e di volume dei corpi dielettrici
causati dall'elettricità",
pubblicato dal fisico tedesco Wilhelm Röntgen.
Molti di voi lo conosceranno come lo scopritore dei raggi X.
Seguendo le sue istruzioni, abbiamo preso un paio di aghi.
Li abbiamo connessi all'alta tensione
e avvicinati a un foglio di gomma trasparente
disteso su un'armatura di plastica.
Azionando la corrente
la gomma si deforma,
e proprio come i bicipiti fanno flettere le nostre braccia,
la gomma fa flettere l'armatura di plastica.
Sembra un trucco di magia.
Gli aghi non toccano mai la gomma.
L'uso di questi aghi non è un sistema pratico
per azionare i muscoli artificiali,
ma questo bellissimo esperimento ha stimolato la mia curiosità.
Volevo inventare nuovi modi di costruire muscoli artificiali
che avessero delle applicazioni pratiche.
Negli anni seguenti ho lavorato a diverse nuove tecnologie,
tutte promettenti,
ma tutte con ostacoli persistenti, difficili da superare.
Nel 2015,
nel mio nuovo laboratorio alla CU Boulder,
ho voluto provare qualcosa di totalmente nuovo.
Volevo combinare la velocità e l'efficienza
degli attuatori elettrici
con la versatilità degli attuatori morbidi a sistema fluido.
Perciò ho pensato,
forse posso trovare un modo nuovo di utilizzare vecchie scoperte.
Il diagramma che vedete
mostra un effetto chiamato "stress di Maxwell".
Se prendete due lastre di metallo,
le mettete in un contenitore con dell'olio
e le fate attraversare dalla corrente,
lo stress di Maxwell fa sì che l'olio tra le due lastre salga,
proprio come vedete qui.
L'idea di base era,
possiamo sfruttare questo effetto per spingere dell'olio
all'interno di strutture morbide e malleabili?
La cosa ebbe un successo sorprendente,
molto più di quanto mi aspettassi, a dire il vero.
Insieme al mio eccezionale gruppo di studenti,
siamo partiti da questa idea
per sviluppare una nuova tecnologia chiamata "muscoli artificiali HASEL".
Gli HASEL possono essere tanto delicati da raccogliere una fragola
senza danneggiarla.
Possono espandersi e contrarsi come dei veri muscoli.
E possono essere azionati più velocemente di quelli reali.
Possono essere potenziati fino a produrre forze notevoli.
Qui li vedete sollevare quattro litri di acqua.
Possono azionare un braccio robotico,
e possono anche rilevare la propria posizione.
Gli HASEL possono eseguire movimenti molto precisi,
ma anche movimenti fluidi, simili a quelli muscolari,
e moti esplosivi capaci di lanciare una pallina in aria.
Una volta immersi nell'olio,
i muscoli artificiali HASEL sono completamente invisibili.
Come funzionano i muscoli HASEL?
La cosa potrà sorprendervi,
ma si basano su materiali poco costosi e facilmente reperibili.
Vi consiglio anzi di tentare
questo esperimento casalingo.
Riempite di olio d'oliva alcune buste per alimenti.
Cercate di evitare le bolle d'aria.
Ora appoggiate una lastra di vetro a un lato della busta.
Se la premete, vedrete che la busta si contrae.
L'intensità della contrazione non è difficile da controllare.
A un peso leggero corrisponde una contrazione minima.
Se usate un peso medio, ottenete una media contrazione.
E con un grosso peso ottenete una grande contrazione.
Con gli HASEL, l'unica differenza è che alla pressione della vostra mano
o del peso, si sostituisce una forza elettrica.
HASEL sta per "Attuatori Elettrostatici Autoriparanti a Amplificazione Idraulica".
Qui vedete lo schema di quello che chiamiamo Attuatore Peano-HASEL,
uno dei molti design possibili.
Anche qui usiamo un polimero flessibile, come la nostra busta per alimenti,
riempito di liquido isolante, come l'olio d'oliva,
ma al posto della lastra di vetro
applichiamo un conduttore elettrico a un lato della tasca.
Per renderlo ancora più simile alle fibre muscolari,
possiamo unire insieme più tasche
e applicare un peso all'estremità.
Ora azioniamo la corrente.
Il campo elettrico inizia ad agire sul liquido.
Il liquido viene trasferito,
cosa che costringe il muscolo a contrarsi.
Qui vedete un attuatore Peano-HASEL in funzione,
e il modo in cui si espande e contrae quando applichiamo una corrente.
Osservando di lato,
potete vedere come le tasche assumano una forma cilindrica,
proprio come le nostre buste per alimenti.
Possiamo anche saldare tra loro alcune di queste fibre muscolari
e renderle ancora più simili a un vero muscolo
che si contrae ed espande anche trasversalmente.
Gli HASEL che vedete stanno sollevando un carico 200 volte superiore
al loro peso.
Qui vedete uno dei nostri progetti più recenti, lo HASEL a ciambella,
mentre si contrae ed espande.
Possono raggiungere velocità estreme, superiori a quelle umane.
Sono tanto potenti da poter addirittura saltare.
(Risate)
In definitiva, HASEL potrebbe essere la prima tecnologia
capace di superare le performance dei muscoli biologici
compatibile con una produzione su larga scala.
Inoltre è una tecnologia giovane. Siamo solo agli inizi.
Abbiamo molte idee su come migliorare le prestazioni,
con nuovi materiali e progetti, per raggiungere livelli di performance
superiori al muscolo biologico e anche al motore elettrico rigido.
Come esempio di un design più complesso di bio-robotica con HASEL,
qui vedete uno scorpione artificiale
che usa la coda per cacciare,
in questo caso un palloncino.
(Risate)
Tornando alla nostra ispirazione iniziale,
la versatilità di tentacoli e proboscidi,
ora siamo in grado di creare attuatori a continuum fluido,
che si avvicinano sempre di più alle capacità dei modelli reali.
Quello che mi entusiasma di più sono le applicazioni pratiche
dei muscoli artificiali HASEL.
Permettono la costruzione di dispositivi morbidi,
capaci di migliorare la vita delle persone.
La robotica morbida renderà possibile la creazione di protesi più naturali
per le persone che hanno subito amputazioni.
Questi sono HASEL del mio laboratorio
che azionano un prototipo di dito artificiale.
Un giorno potremo forse fondere componenti robotiche con i nostri corpi.
So che a un primo impatto può sembrare spaventoso.
Ma poi penso ai miei nonni
e a come sono diventati sempre più dipendenti dagli altri
nello svolgere le azioni più semplici, come andare in bagno da soli,
e al fatto che sentono di essere diventati un peso.
Con la robotica morbida, saremo in grado di aumentare e restituire
agilità e destrezza,
aiutando le persone a mantenersi indipendenti
fino in età avanzata.
Potremmo chiamarla "robotica anti-età",
o anche un nuovo stadio dell'evoluzione umana.
Al contrario delle loro controparti rigide,
i robot morbidi potranno operare in piena sicurezza nelle case e tra le persone.
La robotica morbida è un settore giovane. Siamo solo agli inizi.
Spero che moltissimi giovani dai settori più svariati
si uniscano a noi in questo viaggio
e ci aiutino a plasmare la robotica del futuro
presentando idee nuove ispirate ai modelli naturali.
Se ci riusciremo,
miglioreremo la qualità della vita
di tutti noi.
Grazie.
(Applausi)
2015년, 전 세계 25개 팀이
재난대응 로봇 경연대회에 참가했습니다.
여러 가지 작업을 수행할 수 있는 로봇으로
전동 공구를 사용하거나
고르지 않은 땅에서 작업하거나 이동할 수 있는지를 겨뤘습니다.
대단하게 들리죠? 실제로도 그렇습니다.
당시 우승을 차지한 로봇 HUBO를 봅시다.
차에서 내리려고 하는 HUBO입니다.
참고로 말씀드리자면
이 영상은 3배속으로 재생된 것입니다.
(웃음)
한국 KAIST가 만든 HUBO는 최첨단 로봇으로
엄청난 능력을 갖추고 있습니다.
그러나 외형은 수십 년 전부터 봐온 로봇들과 그리 다르지 않습니다.
경진대회에서 선보인 다른 로봇들도
마찬가지로 부자연스럽게 움직입니다.
로봇 본체는 복잡한 기계 구조로
단단한 재료로 구성되는데
철제, 강성 전자모터 등을 사용해 만듭니다.
저비용도 아니고
사람 근처에서 작동하기에 안전하지도 않으며
예기치 못한 상황에 대한 대응능력도 떨어지죠.
로봇 지능에 있어 많은 성과가 있었지만
움직임은 예전과 다를 바 없습니다.
제 딸 나디아입니다.
아직 다섯 살이지만
HUBO보다 훨씬 빨리 차에서 내릴 수 있습니다.
(웃음)
최신의 그 어떤 인간형 로봇보다 정글짐을 훨씬 잘 탈 수 있습니다.
HUBO와는 다르게
인간은 변형이 쉽고 움직임이 부드러운 신체 부위를 자유자재로 사용합니다.
근육과 피부 같은 것들이죠.
로봇의 몸체도 새롭게 바뀌어야 합니다.
자연에서 영감을 받아 정밀하고 효율적이며
부드러운 소재를 사용한 로봇 말이죠.
사실, 이 개념은 새로운 연구 분야인
소프트 로봇공학의 핵심 아이디어입니다.
우리 연구진과 전 세계 공동 연구자들은
부드러운 자재를 사용해 근육과 피부와 비슷하게
민첩성과 유연성을 갖춘 로봇을 만들고 있습니다.
로봇의 기능은 점점 더
인체가 갖는 놀라운 능력에 근접해 가고 있습니다.
저는 생물학적 근육에서 영감을 받아왔습니다.
이미 눈치채셨겠지만
저는 오스트리아인이고 영화 터미네이터 주인공 같은 말투죠.
(웃음)
생물학적 근육은 진화의 진정한 걸작입니다.
근육은 손상 후에도 치유되고
감각 신경세포와 밀접하게 결합하여
동작과 주변 환경에 반응합니다.
벌새의 초고속 날갯짓만큼 빠르게 수축하고
코끼리를 움직일 정도로 튼튼하게 늘어납니다.
적응력도 매우 뛰어납니다.
문어가 자유자재로 다리를 쓰듯이 말이죠.
문어라는 동물은 작은 구멍 사이로 온몸을 밀어 넣을 수도 있습니다.
로봇의 작동기는 동물의 근육과 같습니다.
신체의 주요 구성 요소로서
몸을 움직여 외부와 상호작용을 할 수 있도록 해주죠.
만약 유연한 작동기 또는 인공근육을 만들어서
다양한 환경에 빠르게 적응하며
실제 동물처럼 움직일 수 있다면
여러 목적의 다양한 형태를 갖는 로봇을 만들 수 있을 겁니다.
당연한 얘기지만
우리는 지난 수십 년을
근육 본연의 놀라운 능력을 모사하기 위해 노력 해왔습니다.
하지만 굉장히 어려웠죠.
약 10년 전에
오스트리아에서 박사과정을 밟던 중
동료 연구진과 저는
인공 근육에 관한 세계 최초의 논문을 접하게 되었습니다.
1880년에 출간된 논문이었죠.
"전기에 의한 유전체의 형상과 부피 변화에 관한 연구"라는 제목으로
독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 발표한 논문입니다.
X선 발견으로 잘 알려진 과학자죠.
그가 제안한 방법대로 바늘 한 쌍을 사용했습니다.
바늘을 고압 전원에 연결하고
플라스틱 프레임에 미리 걸어둔 투명 고무 옆에 그것을 배치했습니다.
전원을 켜자
고무가 변형되면서
우리가 이두박근으로 팔을 움직이듯이
고무가 플라스틱 틀을 움직였습니다.
마치 마법 같았습니다.
바늘이 고무에 닿지도 않았거든요.
그렇게 바늘을 이용하는 것이
인공 근육을 움직이는 실용적인 방법은 아닐지라도
이 실험으로 저는 인공근육에 큰 관심을 두게 되었습니다.
실생활에 적용할 수 있는 인공근육을 만드는
새로운 방법을 찾아내고 싶었습니다.
그 후 몇 년간 여러 기술을 시도했습니다.
모두 성공의 조짐을 보였지만
여전히 극복하기 어려운 과제들이 남아있었죠.
2015년에 콜로라도 볼더 대학에서 연구실을 마련했습니다.
완전히 새로운 아이디어를 시도하고 싶어졌죠.
전기 구동식 작동기의 빠른 속도와 효율성을
유연한 유압 작동기의 다양한 기능과 결합하고 싶었죠.
이런 생각을 했어요.
이미 알고 있던 과학을 새로운 방식으로 이용해보자.
보고 계신 그림은
맥스웰의 응력 효과를 설명하는 것인데요.
금속판 두 개를
기름을 가득 채운 용기에 넣고
전압을 켜면
맥스웰 응력이 기름을 두 금속판 사이로 밀어 넣습니다.
이 그림처럼요.
핵심 아이디어는
이 효과를 이용해서
부드러운 구조물에도 유압을 넣을 수 있느냐는 것이었습니다.
실제로 놀랍게도 효과가 있었죠.
예상을 뛰어넘은 좋은 결과였습니다.
뛰어난 연구생들과 함께
저는 이 아이디어를 출발점으로 삼아
HASEL 인공 근육이라는 신기술을 개발했습니다.
HASEL은 매우 섬세하여 산딸기를 상처 없이 주울 수 있습니다.
실제 근육처럼 팽창하고 수축할 수 있고
실제 근육보다 더 빨리 움직입니다.
큰 힘을 전달하기 위해 크기를 늘릴 수도 있고요.
4.5리터의 물통을 드는 모습입니다.
로봇 팔을 움직이기도 하고
심지어 자기 위치를 스스로 감지할 수도 있죠.
HASEL은 정밀함을 요구하는 동작을 수행할 수 있습니다.
실제 근육같이 유동적으로 움직이고
공중으로 공을 쏘아 올릴 정도의 힘도 가지고 있죠.
기름에 잠기면
HASEL은 보이지 않도록 만들어졌습니다.
그렇다면 HASEL은 어떻게 작동하는 걸까요?
놀라실지도 모르겠는데요.
쉽게 구할 수 있는 저렴한 재료가 사용되었습니다.
집에서도 각자 한번 해보시길 추천합니다.
지퍼백 몇 개를 꺼내 그 안에 올리브유를 가득 채웁니다.
내부의 공기는 최대한 없애고요.
이제 유리판 하나를 지퍼백 한쪽 위에 올려놓습니다.
누르면 지퍼백이 수축하는 것을 볼 수 있습니다.
힘은 조절하기 쉽습니다.
아주 조금 힘을 줘 누르면 조금 수축합니다.
중간 정도 힘을 주면 힘을 준 만큼 수축하고요.
무거운 무게로 누르면 많이 수축합니다.
HASEL은 여기에서 손이나 무게를 이용해 누르는 대신
전기력을 사용합니다.
HASEL은 "유압 증폭식 자가 회복 정전식 작동기"의 약자입니다.
이 그림은 '페아노 HASEL 작동기'입니다.
수많은 예상 설계도 중 하나입니다.
다시 돌아가서 지퍼백과 같은 유연한 중합체를
올리브유 같은 절연액체로 채우고
아까 놓았던 유리판 대신
전기 도체를 지퍼백의 한쪽 위에 올립니다.
실제 근육처럼 보이게 하기 위해선
지퍼백 여러 개를 연결한 다음
무거운 것을 한쪽 위에 올리면 됩니다.
이제 전압을 켭니다.
전기가 액체에 작용하기 시작할 겁니다.
그러면 액체를 이동시키고
근육을 수축시킵니다.
페아노 HASEL 작동기에 전력을 가했을 때
팽창하고 수축하는 모습입니다.
옆에서 보면
주머니가 거의 원통형을 띄는 걸 볼 수 있습니다.
지퍼백으로 실험을 했을 때 처럼요.
저런 근육 모델 여러 개를 놓으면
실제 근육과 더욱 유사합니다.
단면에서도 수축과 팽창을 확인할 수 있죠.
이 HASEL 작동기들은
자기 무게보다 200배나 더 무거운 추를 들어 올립니다.
새로운 디자인 중 하나인 사분면 도넛 HASEL입니다.
수축과 팽창하는 걸 보고 계신데요.
초인적인 속도로 빠르게 작동될 수 있습니다.
아래위로 튈 정도로 힘이 세지요.
(웃음)
HASEL은 생물학적 근육에 비견하거나 그 이상으로
발전할 수 있고 동시에 대량 제조가 가능한
최초의 기술이 될 가능성이 있습니다.
이제 막 연구를 시작한 신생단계의 기술이기도 합니다.
앞으로 성능을 향상시킬 아이디어가 무궁무진하죠.
새로운 도구들과 디자인을 이용하여
생물학적 근육과 전통적 전동 모터를 능가할 수도 있습니다.
자연에서 영감을 받아 설계된 더욱 복잡한 형태의 로봇들을 봅시다.
이것은 인공 전갈인데요
꼬리로 먹잇감을 사냥합니다.
여기에선 먹잇감이 고무풍선이군요.
(웃음)
처음으로 돌아가 봅시다.
문어 다리와 코끼리 코의 다용도성을 다시 한번 생각해봅시다.
우리는 체내 근육과 더욱 유사한
연속체형 작동기를 만들 수 있게 됐습니다.
HASEL 인공 근육에 가장 기대하는 부분은
바로 실생활 응용입니다.
이 인공 근육 기술은
생활의 질을 높일 겁니다.
소프트 로봇공학은
신체 일부를 잃은 사람들에게 신체와 가까운 인공장치를
만들어 줄 수 있습니다.
제 실험실에 있는 HASEL입니다.
조기 테스트 중인 보철 손가락입니다.
미래에는 로봇의 부품을 신체에 결합하게 될지도 몰라요.
지금으로선 정말 무서운 소리로 들리죠.
하지만 제 조부모님을 생각해볼까요.
스스로 화장실을 가는 일상적인 행동조차
남의 도움이 필요해지는 상황 때문에
그들은 종종 자신을 짐이라고 생각합니다.
소프트 로봇공학을 통해
민첩성과 유연성을 되찾고 향상시킬 수 있습니다.
이를 통해 노년층은 자율성을 유지하며
노년기를 보낼 수 있습니다.
"노화 방지를 위한 로봇공학"이라고 할 수도 있을 테고
인류 진화의 다음 단계라고도 할 수 있을 것입니다.
기존의 딱딱한 로봇들과는 달리
실제 생명체처럼 부드러운 이 로봇은
생활 가까이에서 안전하게 사람을 도울 수 있어요.
소프트 로봇공학은 이제 막 시작한 새로운 영역입니다.
저는 다른 배경을 가진 많은 젊은이들이
이 흥미로운 여정을 우리와 함께 걸으며
새로운 아이디어를 도입하고
로봇공학의 미래를 만들어가길 바랍니다.
우리가 제대로 해낸다면
모든 이의 삶의 질을 높일 수 있습니다.
감사합니다.
(박수)
In 2015 streden 25 teams van over de hele wereld tegen elkaar
om een robot te bouwen voor noodhulp
die een aantal taken kon uitvoeren,
zoals gebruiken van gereedschap,
werken op ongelijk terrein
en autorijden.
Dat klinkt indrukwekkend en dat is het ook.
Kijk eens naar het lichaam van de winnende robot, HUBO.
Hier probeert HUBO uit een auto te stappen.
Hou wel in gedachten
dat de video drie keer versneld is.
(Gelach)
HUBO, van team KAIST uit Korea, is een geavanceerde robot
met indrukwekkende vaardigheden,
maar het lijf ziet er niet heel anders uit
dan dat van robots van tientallen jaren geleden.
Als je de andere robots in de wedstrijd bekijkt,
zie je dat hun bewegingen nog steeds robotachtig zijn.
Het zijn complexe mechanische constructies
van stugge materialen
zoals metaal en traditionele stugge elektrische motoren.
Ze zijn zeker niet ontworpen
om goedkoop te zijn, veilig in de buurt van mensen
en zich aan te passen aan onvoorspelbare uitdagingen.
We hebben vooruitgang geboekt met de hersenen van robots,
maar hun lichamen zijn nog primitief.
Dit is mijn dochter Nadia.
Ze is nog maar vijf jaar oud
en ze kan veel sneller uit de auto stappen dan HUBO.
(Gelach)
Ze kan ook gemakkelijk op het klimrek spelen,
veel beter dan elke moderne mensachtige robot.
In tegenstelling tot HUBO
maakt het menselijk lichaam veel gebruik van zachte en vervormbare materialen,
zoals spieren en huid.
We hebben een nieuwe generatie robotlichamen nodig,
geïnspireerd door de elegantie, efficiëntie en zachte materialen
van de ontwerpen van de natuur.
Dit is het basisconcept van een nieuw onderzoeksgebied
genaamd zachte robotica.
Mijn onderzoeksgroep en medewerkers van over de hele wereld
gebruiken zachte componenten geïnspireerd door spieren en huid
om robots te bouwen die lenig en behendig zijn,
die steeds dichter komen
bij de verbazingwekkende vaardigheden van de organismen in de natuur.
Ik heb me altijd bijzonder laten inspireren door biologische spieren.
Dat is niet verrassend.
Ik kom uit Oostenrijk en ik weet dat ik klink als Arnie, de Terminator.
(Gelach)
Biologische spieren zijn een waar meesterwerk van de evolutie.
Ze kunnen genezen van schade
en zijn nauw geïntegreerd met zintuiglijke neuronen
voor terugkoppeling op beweging en de omgeving.
Ze kunnen snel genoeg samentrekken
om de snelle vleugels van een kolibrie aan te drijven;
ze kunnen sterk genoeg worden om een olifant te bewegen;
en ze zijn aanpasbaar genoeg voor de extreem veelzijdige armen
van een octopus,
een dier dat zijn gehele lichaam door kleine gaatjes kan persen.
Aandrijvers zijn voor robots wat spieren zijn voor dieren:
essentiële onderdelen van het lichaam
die beweging en interactie met de wereld mogelijk maken.
Als we zachte aandrijvers konden maken
van kunstmatige spieren,
net zo veelzijdig en aanpasbaar,
en die dezelfde prestaties leveren als het echte werk,
dan konden we bijna elke soort robot bouwen
voor bijna elk gebruiksdoel.
Het is geen verrassing dat mensen al tientallen jaren proberen
om de fantastische vaardigheden van spieren na te maken,
maar dat is erg moeilijk.
Zo'n 10 jaar geleden,
toen ik in Oostenrijk aan mijn proefschrift werkte,
ontdekten mijn collega's en ik opnieuw
waarschijnlijk een van de eerste publicaties over kunstmatige spieren,
gepubliceerd in 1880.
'Over de veranderingen in vorm en volume van diëlektrische lichamen
veroorzaakt door elektriciteit',
gepubliceerd door de Duitse natuurkundige Wilhelm Röntgen.
De meesten kennen hem als de ontdekker van de röntgenstraal.
Zijn instructies volgend, gebruikten we een paar naalden,
verbonden deze met een hoogspanningsbron
en plaatsten het dichtbij een doorzichtig stuk rubber,
dat uitgerekt was over een plastic frame.
Toen we de stroom aanzetten,
vervormde het rubber.
Net zoals onze biceps onze arm buigt,
boog het rubber het plastic frame.
Het lijkt wel magie.
De naalden raken het rubber niet eens aan.
Twee van die naalden zijn geen handige manier
om kunstmatige spieren aan te drijven,
maar dit experiment zorgde voor mijn interesse in het onderwerp.
Ik wilde nieuwe manieren creëren om kunstmatige spieren te maken
die toegepast konden worden in de echte wereld.
De jaren daarna werkte ik aan verschillende technologieën
die veelbelovend leken
maar allemaal problemen hadden die moeilijk te overwinnen waren.
In 2015,
toen ik begon met mijn eigen lab in CU Boulder,
wilde ik een totaal nieuw idee proberen.
Ik wilde de hoge snelheid en efficiëntie combineren
van elektronisch aangedreven aandrijvers
met de veelzijdigheid van zachte, vloeibare aandrijvers.
Daarom, dacht ik,
kan ik misschien hele oude wetenschap op een nieuwe manier gebruiken.
Het diagram dat je hier ziet,
laat een effect zien genaamd Maxwellstress.
Als je twee metalen platen neemt
en die in een bak gevuld met olie zet
en daar dan stroom op zet,
forceert de Maxwellstress de olie tussen de platen
zoals je hier kan zien.
Het basisconcept was:
kunnen we dit effect gebruiken om olie te verplaatsen
die in zachte, rekbare constructies zit?
Dit werkte inderdaad verrassend goed,
eerlijk gezegd veel beter dan ik had verwacht.
Samen met mijn uitmuntende team van studenten
gebruikten we dit idee als uitgangspunt
om een nieuwe technologie te ontwikkelen genaamd HASEL-kunstmatigespieren.
HASELs zijn voorzichtig genoeg om een framboos op te pakken
zonder het te beschadigen.
Ze kunnen zich uitzetten en samentrekken als een echte spier.
Ze kunnen sneller bestuurd worden dan het echte werk.
Ze kunnen opgeschaald worden om grotere kracht te leveren.
Hier zie je hoe ze een met water gevulde fles optillen.
Ze kunnen een robotarm besturen.
Ze kunnen zelfs hun eigen positie aanvoelen.
HASELs kunnen worden gebruikt voor nauwkeurige bewegingen,
maar ze kunnen ook vloeiende, spierachtige bewegingen maken
en uitbarstingen van kracht om een bal de lucht in te schieten.
Als ze in olie ondergedompeld worden,
kunnen HASEL-kunstmatigespieren onzichtbaar gemaakt worden.
Hoe werken HASEL-kunstmatigespieren?
Het zal je verbazen.
Ze zijn gebaseerd op goedkope, makkelijk verkrijgbare materialen.
Je kan thuis zelf proberen, en dat raad ik aan,
hoe het basisprincipe werkt.
Neem een paar plastic zakjes en vul die met olijfolie.
Probeer zoveel mogelijk de luchtbellen eruit te duwen.
Plaats dan een glazen plaat op een kant van het zakje.
Als je erop drukt zie je het zakje samentrekken.
De hoeveelheid samentrekking is makkelijk te beheersen.
Met een klein gewicht krijg je een kleine samentrekking.
Met een middelmatig gewicht krijg je een middelmatige samentrekking.
Met een groot gewicht krijg je een grote samentrekking.
Het enige verschil bij HASELs is dat je de kracht van je hand
of van het gewicht vervangt door elektrische stroom.
HASEL staat voor 'hydraulisch versterkte zelfhelende elektrostatische aandrijvers'.
Hier zie je een configuratie genaamd Peano-HASEL-aandrijvers,
een van de vele mogelijke ontwerpen.
Wederom neem je een flexibele polymeer zoals ons plastic zakje,
je vult het met een isolerende vloeistof zoals olijfolie
en nu, in plaats van de glazen plaat,
plaats je een elektrische geleider op een kant van het zakje.
Om iets te maken dat meer op spierweefsel lijkt,
kan je een paar zakjes aan elkaar verbinden
en een gewicht aan een kant vastmaken.
Vervolgens voegen we stroom toe.
Het elektrische veld begint de vloeistof te beïnvloeden,
het verplaatst de vloeistof
en het dwingt de spier samen te trekken.
Hier zie je een voltooide Peano-HASEL-aandrijver
en hoe het uitzet en samentrekt als er stroom op gezet wordt.
Vanaf de zijkant bezien
zie je goed hoe de zakjes een meer cilindrische vorm krijgen,
net zoals bij de plastic zakjes.
We kunnen ook wat van dit spierweefsel naast elkaar plaatsen
om iets te maken dat nog meer op een spier lijkt,
dat ook samentrekt en uitzet in een dwarsdoorsnede.
Deze HASELs tillen een gewicht op dat zo'n 200 keer zwaarder is
dan hun eigen gewicht.
Je ziet een van onze nieuwste ontwerpen genaamd kwadrant-donut-HASELs;
hoe ze uitzetten en samentrekken.
Ze kunnen zeer snel bestuurd worden en bovenmenselijke snelheden bereiken.
Ze zijn zelfs sterk genoeg om omhoog te springen.
(Gelach)
HASELs zouden wel eens de eerste technologie kunnen worden
die de prestaties van biologische spieren kunnen evenaren of overtreffen,
terwijl ze geschikt zijn voor productie op grote schaal.
Het is een jonge technologie. We zijn nog maar net begonnen.
We hebben veel ideeën over het verbeteren van de prestaties
met nieuwe materialen en ontwerpen, om een niveau van presteren te bereiken
dat beter is dan biologische spieren en traditionele stugge elektrische motoren.
Complexere ontwerpen van HASEL-robotica zijn geïnspireerd op de natuur.
Hier zie je een kunstmatige schorpioen,
die zijn staart gebruikt om te jagen,
hier op een rubberen ballon.
(Gelach)
Terugkijkend op onze oorspronkelijke inspiratie,
de veelzijdigheid van octopusarmen en de olifantenslurf,
zien we dat we nu zachte continuümaandrijvers kunnen bouwen
die steeds dichterbij de vaardigheden van het echte werk komen.
Ik ben zeer enthousiast over de praktische toepassingen
van HASEL-kunstmatigespieren.
Ze zullen zachte robotische apparaten mogelijk maken
die de kwaliteit van leven kunnen verbeteren.
Zachte robotica zullen een nieuwe lijn natuurgetrouwe protheses mogelijk maken
voor mensen die lichaamsdelen zijn verloren.
Hier zie je wat HASELs in mijn lab,
in een vroeg stadium, die een vingerprothese aandrijven.
Op een dag zullen we misschien onze lichamen samenvoegen met robotonderdelen.
Ik weet dat dit eng klinkt.
Maar als ik aan mijn grootouders denk
en aan hoe ze steeds afhankelijker van anderen worden
in het uitvoeren van dagelijkse taken zoals zelfstandig naar het toilet gaan;
ze voelen zich vaak als een last voor anderen.
Zachte robotica kunnen flexibiliteit en handigheid verbeteren en herstellen
en zo oudere mensen helpen hun zelfstandigheid te behouden
gedurende een groter deel van hun leven.
Misschien kunnen we dat 'antiverouderingsrobotica' noemen,
of zelfs een nieuwe stadium in de evolutie van de mens.
In tegenstelling tot hun traditionele stugge tegenhangers
zullen zachte levensechte robots veilig nabij mensen werken en ons in huis helpen.
Zachte robotica is een jonge sector.
We beginnen nog maar net.
Ik hoop dat veel jonge mensen van verschillende achtergronden
mee zullen gaan op deze spannende reis
en de toekomst van robotica zullen vormen
door nieuwe concepten te introduceren, geïnspireerd op de natuur.
Als we dit juist aanpakken,
kunnen we voor ons allemaal de kwaliteit van leven verbeteren.
Dank jullie wel.
(Applaus)
Em 2015, 25 equipas de todo o mundo
competiram para construir robôs para cenários de desastre
que pudessem cumprir inúmeras tarefas,
como usar uma ferramenta eléctrica,
trabalhar em terreno irregular,
e conduzir um carro.
Tudo isto parece impressionante, e realmente é,
mas vejam o corpo de HUBO, o robô vencedor.
Aqui, o HUBO está a tentar sair de um carro,
e não se esqueçam,
o vídeo está acelerado três vezes.
(Risos)
O HUBO, da equipa coreana KAIST, é um robô topo-de-gama,
com capacidades impressionantes,
mas o seu corpo não é assim tão diferente
dos robôs que víamos há algumas décadas.
Se virem os outros robôs em competição,
os movimentos deles ainda parecem muito robotizados.
Os corpos deles são estruturas mecânicas complexas
que usam materiais rígidos,
como o metal e os tradicionais motores eléctricos.
Eles certamente não foram projectados
para serem de baixo custo, seguros perto de pessoas,
e adaptáveis a desafios imprevisíveis.
Temos feito um bom progresso com os cérebros dos robôs
mas os seus corpos ainda são primitivos.
Esta é a minha filha Nadia.
Ela tem apenas cinco anos
e consegue sair do carro muito mais rápido do que o HUBO.
(Risos)
Ela também consegue balançar-se nas barras facilmente,
muito melhor do que conseguiria qualquer robô humanoide actual.
Ao contrário do HUBO,
o corpo humano usa amplamente materiais macios e deformáveis
como os músculos e a pele.
Precisamos de uma nova geração de corpos robóticos
que seja inspirada na elegância, na eficiência e nos materiais moles
das criações encontradas na natureza.
Realmente, esta tornou-se a ideia chave de uma nova área de investigação
chamada robótica mole.
O meu grupo de investigação e colaboradores em todo o mundo,
estão a usar componentes moles inspirados nos músculos e na pele
para construir robôs com agilidade e destreza
que se aproximem cada vez mais
das capacidades incríveis dos organismos encontrados na natureza.
Sempre me senti particularmente inspirado pelo músculo biológico.
Não é surpreendente.
Eu também sou austríaco, e sei que soo um pouco como o Exterminador Implacável.
(Risos)
O músculo biológico é uma verdadeira obra-prima da evolução.
Consegue sarar depois de danificado,
e está fortemente ligado aos neurónios sensoriais
para dar resposta ao movimento e ao ambiente.
Consegue contrair-se rápido o suficiente para dar energia
às asas ultra-rápidas de um beija-flor;
consegue ter força suficiente para mover um elefante;
e é adaptável o suficiente para ser usado
nos braços extremamente versáteis de um polvo,
um animal que consegue fazer passar o seu corpo todo
através de orifícios diminutos.
Os actuadores são para os robôs o que os músculos são para os animais:
componentes cruciais do corpo
que permitem o movimento e a interacção com o mundo.
Por isso, se conseguíssemos construir actuadores moles,
ou músculos artificiais,
que fossem tão versáteis e adaptáveis,
e conseguissem ter o mesmo desempenho que os reais,
poderíamos construir quase qualquer tipo de robô
para quase qualquer fim.
Sem surpresas, há décadas que se tem tentado replicar
as capacidades incríveis dos músculos,
mas tem sido muito difícil.
Há cerca de 10 anos,
quando eu fiz o meu doutoramento ainda na Áustria,
os meus colegas e eu redescobrimos aquela que é, provavelmente,
uma das primeiras publicações sobre músculo artificial,
publicada em 1880:
"As mudanças de forma e volume de corpos dieléctricos
"causadas pela electricidade",
publicada pelo físico alemão Wilhelm Röntgen.
A maioria de vocês conhece-o pela descoberta dos raios X.
Seguindo as suas instruções, usámos um par de agulhas.
Fizemos a ligação a uma fonte de alta-voltagem,
e colocámo-la perto de um pedaço de borracha transparente
que fora previamente ajustada a uma moldura plástica.
Quando ligámos a voltagem,
a borracha deformou-se
e tal como os nossos bíceps flectem o nosso braço,
a borracha flectiu a moldura plástica.
Parece magia.
As agulhas nem sequer tocam na borracha.
Mas ter duas agulhas não é uma forma prática
de manobrar músculos artificiais,
mas esta experiência fabulosa deixou-me agarrado a este assunto.
Eu queria criar novas formas de construir músculos artificiais
que funcionassem bem em aplicações no mundo real.
Nos anos seguintes, trabalhei em várias tecnologias diferentes
que se mostraram promissoras,
mas todas tinham desafios difíceis de ultrapassar.
Em 2015, quando comecei o meu laboratório
na Universidade de Colorado Boulder,
quis experimentar uma ideia completamente nova.
Queria combinar a alta velocidade e a eficiência
de actuadores controlados electricamente,
com a versatilidade de actuadores macios e fluidos.
Assim sendo, pensei eu,
talvez possa tentar usar ciência antiga de uma forma nova.
O diagrama que aqui vêem
mostra um efeito chamado tensor de Maxwell.
Quando pegamos em duas placas metálicas
e as colocamos num recipiente cheio de óleo,
e depois ligamos a voltagem,
o tensor de Maxwell força o óleo a subir no meio das duas placas,
e isso é o que vêem aqui.
A ideia chave foi, então:
Será que podemos usar este efeito para empurrar o óleo
contido em estruturas moles com elasticidade?
De facto, isto funcionou surpreendentemente bem.
Para dizer a verdade, bem melhor do que eu esperava.
Em conjunto com a minha incrível equipa de alunos,
usámos esta ideia como ponto de partida
para desenvolver uma nova tecnologia chamada músculos artificiais HASEL.
Os HASELs são delicados o suficiente para pegar numa framboesa
sem a danificar.
Eles podem expandir-se e contrair-se como um músculo real.
E podem ser accionados mais rápido do que os reais.
Podem também ser aumentados para exercerem mais força.
Aqui podem vê-los a levantar quase quatro litros de água.
Podem ser usados para controlar um braço robótico,
e conseguem até sentir qual a sua posição.
Os HASELs podem ser usados para movimentos de grande precisão,
mas também podem fazer movimentos muito fluidos, semelhantes aos músculos,
e ter explosões de força para atirar uma bola ao ar.
Quando submersos em óleo,
os músculos artificiais HASEL podem tornar-se invisíveis.
Como funcionam, então, os músculos artificiais HASEL?
Talvez fiquem surpreendidos.
Eles baseiam-se em materiais baratos e de fácil acesso.
Podem, até, experimentar o mesmo princípio em casa,
e eu recomendo que o façam.
Peguem em alguns sacos herméticos e encham-nos com azeite.
Tentem tirar todo o ar que consigam.
Agora peguem num prato de vidro e coloquem-no num dos lados do saco.
Quando fizerem pressão, verão o saco a contrair-se.
A intensidade da contração é fácil de controlar.
Com um peso pequeno, obtêm uma contracção pequena.
Com um peso médio, conseguem uma contracção média.
E com um peso grande, obtêm uma grande contracção.
Para os HASELs, a única diferença é substituir a força da vossa mão,
ou o peso, por uma força eléctrica.
A sigla HASEL significa "actuadores electrostáticos
"auto-regenerativos hidraulicamente amplificados".
Aqui podem ver um esquema chamado actuador Peano-HASEL,
um dos muitos "designs" possíveis.
Mais uma vez, peguem num polímero flexível, como um saco hermético,
encham-no com um líquido isolante, como o azeite,
e agora, em vez do prato de vidro,
coloquem um indutor eléctrico num dos lados da bolsa.
Para criar algo mais parecido com uma fibra muscular,
podem fazer a ligação entre várias bolsas
e colocar um peso de um lado.
De seguida, aplica-se voltagem.
O campo eléctrico começa, agora, a actuar sobre o líquido,
desloca o líquido
e força o músculo a contrair-se.
Aqui podem ver um actuador Peano-HASEL completo
e a forma como se expande e se contrai quando a voltagem é aplicada.
Vendo de um lado,
podem ver as bolsas a ficarem com uma forma mais cilíndrica,
como vimos no caso dos sacos herméticos.
Também podemos pôr algumas destas fibras ao lado umas das outras
para criar algo que se pareça ainda mais com um músculo
que também se contrai e se expande de forma cruzada.
Estes HASELs estão a levantar um peso cerca de 200 vezes mais pesado
do que o seu próprio peso.
Aqui vemos um dos nossos "designs" mais recentes, chamados dónutes HASEL,
e como eles se expandem e se contraem.
Podem ser manobrados muito depressa, atingindo velocidades sobre-humanas.
Têm força suficiente até para saltar do chão.
(Risos)
No geral, os HASELs prometem tornar-se a primeira tecnologia
que está ao nível — ou ultrapassa — o desempenho do músculo biológico
sendo, ao mesmo tempo, compatível com a produção em grande escala.
É também uma tecnologia muito recente. E ainda estamos a começar.
Temos muitas ideias sobre como melhorar drasticamente o desempenho
usando novos materiais e "designs" para alcançar um nível de desempenho
superior ao do músculo biológico e aos tradicionais motores eléctricos.
Avançando para "designs" mais complexos e para robótica bio-inspirada,
vêem aqui o nosso escorpião artificial,
que pode usar a sua cauda para caçar presas,
que, neste caso, é um balão de borracha.
(Risos)
Voltando à nossa inspiração inicial,
a versatilidade dos braços do polvo e da tromba do elefante,
conseguimos agora construir actuadores contínuos moles
que se aproximam cada vez mais das capacidades dos reais.
Estou super entusiasmado com as aplicações práticas
dos músculos artificiais HASEL.
Eles vão possibilitar aparelhos robóticos moles
que podem melhorar a qualidade de vida.
A robótica mole permitirá uma nova geração de próteses mais realistas
para pessoas que perderam partes dos seus corpos.
Aqui podem ver alguns HASEL no meu laboratório,
em testes preliminares, a controlar uma prótese de um dedo.
Um dia, poderemos até fundir os nossos corpos com partes robóticas.
Eu sei que isto parece muito assustador, à primeira vista.
Mas quando penso nos meus avós
e na forma como ficaram mais dependentes dos outros
para fazer tarefas simples do dia-a-dia, como irem sozinhos ao quarto de banho,
eles sentem frequentemente que estão a tornar-se um fardo.
Com a robótica mole, seremos capazes
de melhorar e recuperar a agilidade e a destreza,
e, assim, ajudar os idosos a manter a sua autonomia
durante mais tempo na sua vida.
Talvez possamos chamar-lhe "robótica anti-envelhecimento",
ou até um novo patamar da evolução humana.
Contrariamente às alternativas tradicionais e rígidas,
os robôs moles semelhantes à realidade serão seguros perto das pessoas
e irão ajudar-nos em casa.
A robótica mole é uma área muito recente, estamos apenas a começar.
Espero que muitos jovens de diferentes contextos
se juntem a nós nesta entusiasmante viagem
e ajudem a modelar o futuro da robótica
apresentando novos conceitos inspirados na natureza.
Se fizermos isto bem feito,
podemos melhorar a qualidade de vida de todos nós.
Obrigado.
(Aplausos)
Em 2015,
25 times do mundo inteiro competiram para construir robôs
que respondessem a desastres e realizassem inúmeras tarefas,
como usar uma ferramenta elétrica, trabalhar em um terreno irregular,
e dirigir um carro.
Isso tudo soa impressionante, e de fato é,
mas olhem para o corpo do robô vencedor, HUBO.
Aqui, HUBO está tentando sair do carro,
mas fiquem sabendo
que o vídeo foi acelerado três vezes.
(Risos)
HUBO, do time KAIST da Coreia, é um robô de última geração
com capacidades impressionantes,
mas o corpo dele não parece tão diferente dos robôs que vimos há algumas décadas.
Se observamos outros robôs da competição,
vemos que os movimentos deles ainda parecem bem robóticos.
Seus corpos são estruturas mecânicas complexas,
feitas de materiais rígidos
como metal e motores tradicionais, duros e elétricos.
Eles com certeza não foram feitos
para serem de baixo custo, seguros para as pessoas
e adaptáveis a desafios imprevisíveis.
Fizemos um bom progresso no cérebro dos robôs,
mas o corpo deles ainda é primitivo.
Essa é a minha filha Nadia.
Ela tem só cinco anos de idade
e consegue sair do carro muito mais rápido que o HUBO.
(Risos)
Ela também se balança facilmente em trepa-trepas,
muito melhor do que qualquer robô humanoide atual.
Em contraste com o HUBO,
o corpo humano faz uso extensivo de materiais moles e deformáveis
como músculos e pele.
Precisamos de uma nova geração de corpo de robôs
que sejam inspirados pela elegância, eficiência e pelos materiais moles
dos designs que encontrados na natureza.
De fato,
isso tem se transformado na ideia central
de um novo campo de pesquisa chamado robótica mole.
Meu grupo de pesquisa e colaboradores de todo o mundo
estão usando componentes leves inspirados nos músculos e na pele
para construir robôs com agilidade e destreza
que se aproximem cada vez mais
às maravilhosas capacidades dos organismos encontrados na natureza.
Sempre fui particularmente inspirado pelo músculo biológico.
Isso não é surpreendente.
Também sou austríaco, e sei que lembro um pouco o Arnold, o Exterminador.
(Risos)
O músculo biológico é uma verdadeira obra-prima da evolução.
Ele se cura depois de dano
e é intrinsecamente integrado aos neurônios sensoriais
para resposta aos movimentos e ao ambiente.
Pode se contrair rápido o suficiente para dar energia às rápidas asas
de um beija-flor;
pode crescer forte o suficiente para mover um elefante;
e é suficientemente adaptável para ser usado nos braços extremamente versáteis
de um polvo,
um animal que consegue espremer seu corpo através de buracos apertados.
Atuadores são para os robôs o que os músculos são para os animais:
componentes-chaves para o corpo
que permitem movimentos e interações com o mundo.
Se conseguimos construir atuadores moles,
ou músculos artificiais,
que sejam tão versáteis, adaptáveis com o mesmo desempenho que o autêntico,
poderemos construir quase qualquer tipo de robô
para quase todos os usos.
Não é surpresa que pessoas tenham tendado, por muitas décadas,
replicar as maravilhosas capacidades dos músculos,
mas tem sido muito difícil.
Dez anos atrás,
quando fiz meu pós-doutorado na Áustria,
eu e meus colegas redescobrimos
o que é provavelmente uma das primeiras publicações sobre músculos artificiais,
publicada em 1880,
sobre as mudanças no formato e no volume de corpos dielétricos
causados pela eletricidade,
escrita pelo físico alemão Wilhelm Röntgen.
A maioria de vocês o conhece pela descoberta do raio-x.
Seguindo as suas instruções, usamos um par de agulhas.
As conectamos a uma fonte de alta voltagem
e pusemos perto de um pedaço de borracha transparente,
previamente esticada em uma moldura plástica.
Quando ligamos a voltagem,
a borracha deformou-se,
e como no bíceps flexiona o nosso braço,
a borracha flexionou a moldura plástica.
Parece magia.
As agulhas nem tocam a borracha.
Ter duas agulhas dessas não é um jeito prático
de operar músculos artificiais,
mas esse maravilhoso experimento me prendeu nesse tópico.
Eu queria criar novos jeitos de construir músculos artificiais
que funcionassem bem em aplicações da vida real.
Nos anos seguintes, trabalhei em várias tecnologias diferentes
que mostraram-se promissoras,
mas todas ainda tinham desafios pendentes difíceis de serem superados.
Em 2015,
quando comecei a pesquisar na Universidade do Colorado,
eu queria experimentar uma nova área.
Eu queria combinar a alta velocidade e a eficiência
de atuadores elétricos
com a versatilidade de atuadores leves e fluidos.
Então, eu pensei que talvez pudesse tentar usar ciência velha de uma maneira nova.
O diagrama que veem aqui
mostra um experimento chamado tensor de Maxwell.
Se usamos duas placas de metal
e as colocamos num contêiner cheio de óleo,
e ligamos alguma voltagem,
o tensor de Maxwell força o óleo para o meio das duas placas,
e é isso que veem aqui.
A ideia central era:
"Será que conseguimos usar esse efeito para empurrar o óleo
contido em estruturas moles que esticam?"
E sim, isso funcionou surpreendentemente bem.
Honestamente, muito melhor do que eu esperava.
Com minha ótima equipe de alunos, usamos essa ideia como ponto de partida
para criar uma nova tecnologia chamada músculos artificiais HASEL.
HASELs são gentis o suficiente para recolher framboesas
sem estragá-las.
Eles podem se expandir e contrair como um músculo real.
E podem ser operados mais rápido que eles.
Também podem ser aumentados para suportar maiores forças.
Aqui podemos vê-los levantando um galão cheio de água.
Eles podem ser usados para dirigir um braço robótico,
e até mesmo sentir sozinhos suas posições.
HASELs podem ser usados para movimentos bastante precisos,
mas também podem realizar movimentos fluidos e musculares
e impulsos de força para arremessar uma bola ao ar.
Quando submerso em óleo,
os músculos artificiais HASEL podem se tornar invisíveis.
Então como o músculo artificial HASEL funciona?
Talvez fiquem surpresos.
Ele baseia-se em materiais baratos e de fácil acesso.
Vocês podem até testar, e recomendo,
o princípio central em casa.
Peguem alguns sacos Ziploc e encham com azeite de oliva.
Tentem tirar o máximo possível de bolhas de ar.
Então peguem um prato de vidro e coloquem de um lado do saco.
Ao pressioná-lo, verão o saco flexionando.
O tamanho da flexão é fácil de controlar.
Para algo que pesa pouco, a flexão é pequena.
Com um peso médio, temos uma flexão média.
Com algo pesado, temos uma grande flexão.
Para os HASELs, a única mudança é substituir a força ou o peso de sua mão
por uma força elétrica.
HASEL significa "Hydraulically Amplified Self-Healing Electrostatic Actuators".
Aqui podemos ver a geometria chamada atuadores Peano-HASEL,
um dos vários designs possíveis.
De novo, usamos um polímero flexível, como o saco Ziploc,
o enchemos com algum líquido isolante, como azeite de oliva,
e agora, em vez de um prato de vidro,
colocamos um condutor elétrico de um lado do saco.
Para criar algo mais semelhante a uma fibra muscular,
podemos conectar alguns sacos
e anexar um peso em um dos lados.
Depois, aplicamos voltagem.
Agora, um campo elétrico começa a agir sobre o líquido.
Ele desloca o líquido
e força o músculo a contrair-se.
Aqui podemos ver um atuador HASEL-Peano completo
e como ele se expande e contrai quando se aplica voltagem.
Visto de lado,
podemos ver os sacos tomando um formato mais cilíndrico
como vimos com os sacos Ziploc.
Também podemos colocar essas fibras musculares do lado uma da outra
para criar algo ainda mais parecido com um músculo
e que também se expande e contrai.
Estes HASELs estão levantando um peso aproximadamente 200 vezes
mais pesado que eles.
Aqui vemos um de nossos novos designs, chamado HASEL donut quadrante
e como eles expandem e contraem.
Eles operados muito rapidamente, atingindo velocidades super-humanas.
Eles têm força até mesmo para pular.
(Risos)
Sobretudo, HASEL promete se tornar a primeira tecnologia
que supera o desempenho do músculo biológico
sendo compatível com a produção em larga escala.
É também uma tecnologia muito nova, estamos apenas começando.
Temos muitas ideias de como melhorar seu desempenho
usando novos materiais e designs para atingir um nível de desempenho
além do músculo biológico e tradicionais motores elétricos e rígidos.
Avançando para designs mais complexos e inspirados na biologia,
aqui vemos nosso escorpião artificial
que usa o rabo para caçar presas.
Nesse caso, um balão de borracha.
(Risos)
Voltando à nossa inspiração inicial,
a versatilidade dos braços do polvo e da tromba de elefantes,
agora conseguimos construir atuadores moles e contínuos
que chegam cada vez mais perto das capacidades reais de um músculo.
Estou muito animado com as aplicações práticas
dos músculos artificiais HASEL.
Eles proporcionarão aparelhos robóticos moles
que podem melhorar a qualidade de vida.
A robótica mole possibilitará uma nova geração de próteses realistas
para pessoas que sofreram amputações.
Aqui vemos alguns HASELs no meu laboratório
operando uma prótese de dedo em testes iniciais.
Algum dia, poderemos talvez até fundir o nosso corpo com partes robóticas.
Pode parecer assustador à primeira vista.
Mas quando penso nos meus avós
e em como eles ficaram dependentes de outras pessoas
para realizar atividades diárias, como ir ao banheiro,
eles sentem com frequência que são fardos.
Com a robótica mole, poderemos melhorar e reestabelecer
agilidade e destreza,
e assim ajudar pessoas mais velhas a manterem sua autonomia
por mais tempo.
Talvez dê para chamar isso de "robótica anti-idade"
ou até mesmo do próximo passo na evolução humana.
Diferentemente da sua alternativa dura,
robôs moles poderão operar com segurança perto de pessoas e nos ajudar em casa.
A robótica mole é um campo muito novo, estamos apenas começando.
Espero que jovens de diferentes contextos se juntem a essa jornada emocionante
e ajudem a moldar o futuro da robótica
introduzindo novos conceitos inspirados na natureza.
Se acertarmos,
podemos melhorar a qualidade de vida de todos nós.
Obrigado.
(Aplausos)
В 2015 году 25 команд со всего мира
соревновались в создании роботов для спасательных служб.
При этом роботы должны были уметь
пользоваться электроприборами,
работать на пересечённой местности
и водить автомобиль.
Всё это, конечно, впечатляет,
но взгляните на тело робота-победителя HUBO.
Вот HUBO пытается выйти из машины.
И учтите,
видео ускорено в три раза.
(Смех)
HUBO от корейской команды KAIST — это сверхпередовой робот
с впечатляющими возможностями.
Однако внешне он не сильно отличается от роботов,
которых мы видели несколько десятилетий назад.
Если посмотреть на конкурентов HUBO,
их движения тоже выглядят довольно искусственными.
Их тела — это сложные механические конструкции,
собранные из жёстких материалов,
вроде металла и обычных электродвигателей.
При их создании явно не учитывали
низкую стоимость, безопасность
и способность работать в постоянно меняющихся условиях.
Мы сильно продвинулись в разработке мозга роботов,
но их тела всё ещё примитивны.
Это моя дочь Надя.
Ей всего пять лет,
но она может выйти из машины гораздо быстрее, чем HUBO.
(Смех)
Также она может легко лазить по турникам,
гораздо лучше любого современного робота-андроида.
В отличие от HUBO,
человеческое тело широко использует потенциал мягких и гнущихся материалов,
как мышц и кожи.
Нам нужно новое поколение тел для роботов,
обладающих изящностью, эффективностью
и природными мягкими материалами.
Всё это и положило начало новой области исследований —
мягкой робототехнике.
Моя исследовательская группа и наши партнёры по всему миру —
мы применяем мягкие компоненты, подобные мышцам и коже,
для создания гибких и проворных роботов,
приближающихся по своим способностям
к организмам дикой природы.
Я всегда находил особое вдохновение в мышцах.
В наше время это не удивительно.
Я ещё и австриец и понимаю, что могу звучать, как Терминатор Арни.
(Смех)
Мышцы — это настоящий шедевр эволюции.
Они способны к регенерации
и тесно взаимодействуют с нервными рецепторами,
получая обратную связь на движения и окружающую среду.
Они могут сокращаться с огромной скоростью, как крылья колибри.
Они могут быть настолько сильными, что перемещают тело слона.
И легко адаптируются, как необычайно гибкие шупальца осьминога —
беспозвоночного, который способен целиком пролезть через крошечное отверстие.
Приводы роботов функционально подобны мышцам животных:
это главные части тела,
которые инициируют движение и взаимодействуют с окружением.
Так, если бы мы смогли создать мягкие приводы,
или искусственные мышцы,
которые подвижны, гибки
и сравнимы с настоящими в плане эффективности,
то мы бы смогли создать практически любого робота
почти для любой цели.
Неудивительно, что люди десятилетиями пытаются
воспроизвести поразительные способности мышц,
но это действительно трудно.
Примерно лет 10 назад,
будучи аспирантом в Австрии,
я с коллегами обнаружил,
пожалуй, одну из первых публикаций об искусственных мышцах,
датированную 1880 годом.
«Об изменении формы и объёма диэлектрических тел
под воздействием электричества»,
автор статьи — немецкий физик Вильгельм Рентген.
Многие из вас знают его как первооткрывателя рентгеновских лучей.
Следуя его инструкциям, мы взяли две иглы,
подключили их к источнику высокого напряжения
и поместили рядом с прозрачной резиновой пластиной,
предварительно натянутой на пластиковую раму.
Когда мы подали ток,
резина деформировалась,
и так же, как бицепс сгибает руку,
резина согнула пластиковую раму.
Это подобно магии.
Иглы даже не касаются резиновой пластины.
Применять такие иглы не очень целесообразно
при управлении искусственными мышцами,
но после этого удивительного эксперимента я загорелся идеей.
Я хотел придумать новые способы для создания искусственных мышц,
чтобы они отвечали реальным задачам этого мира.
В последующие годы я работал над различными технологиями,
весьма многообещающими,
но всегда возникали трудноразрешимые проблемы.
В 2015 году,
открыв собственную лабораторию при Университете Колорадо,
я захотел протестировать совершенно новую идею.
Мне хотелось совместить высокую скорость и эффективность электрических приводов
с гибкостью и подвижностью мягких жидкостных приводов.
Поэтому я подумал,
что, может, мне удастся найти новое применение древним научным знаниям.
На этой диаграмме изображено физическое явление,
известное как тензор напряжений Максвелла.
Если взять две металлические пластины,
поместить их в контейнер с маслом
и подать напряжение,
из-за тензора напряжений Максвелла масло устремится вверх, между пластин.
Именно это вы здесь и видите.
В общем, мы решили
взять за основу это физическое явление, чтобы двигать масло
внутри мягких, пластичных структур.
И это сработало на удивление хорошо.
Гораздо лучше, чем я предполагал.
Вместе с выдающейся командой студентов
мы положили этот принцип в основу новой технологии —
разработки искусственных мышц HASEL.
Мышцы HASEL достаточно мягкие, способные поднять малину,
не раздавив ягоду.
Они могут расслабляться и сокращаться, как настоящие.
И делать это даже быстрее, чем настоящие мышцы.
Их можно увеличить пропорционально необходимой выходной силе.
Здесь они поднимают пятилитровую канистру с водой.
Они могут управлять роботизированной рукой
и даже считывать своё положение в пространстве.
Мышцы HASEL способны двигаться с большой точностью,
при этом они также могут двигаться плавно
или рывкообразно, как, например, при подкидывании мяча в воздух.
Погружённые в масло,
искусственные мышцы HASEL могут стать невидимыми.
Как же работают искусственные мышцы HASEL?
Вы будете удивлены.
Они сделаны из довольно дешёвых и доступных материалов.
Вы даже можете воспроизвести
основной принцип их работы у себя дома.
Налейте оливковое масло в пару герметичных пакетов.
Постарайтесь по возможности избавиться от пузырей.
Затем поместите стеклянную пластину на одной стороне пакета.
При надавливании сверху пакет начнёт сжиматься.
Силу сжатия легко контролировать.
С маленьким весом мы увидим маленькое сжатие.
Со средним весом — среднее.
С больши́м весом — большое.
Только для HASEL мы заменим силу нажатия руки или груза
электрической силой.
HASEL означает «гидравлически усиленные
самовосстанавливающиеся электростатические приводы».
Здесь вы видите конфигурацию приводов, известную как Peano-HASEL, —
лишь один из возможных дизайнов.
По сути, необходимо взять гибкий полимер, как герметичный пластиковый пакет.
наполнить его изоляционной жидкостью, например оливковым маслом,
но вместо стеклянной пластины
поместить с одной стороны пакета электропроводник.
Чтобы создать что-то более похожее на мышечные волокна,
можно соединить несколько пакетов вместе
и прикрепить груз с одной стороны.
Затем мы подаём напряжение.
Теперь электрическое поле начинает влиять на жидкость.
Оно вытесняет жидкость
и приводит к сокращению мышцы.
Здесь вы видите привод Peano-Hasel
и как он расслабляется и сокращается при подаче напряжения.
Если смотреть сбоку,
вы увидите, что пакеты имеют более цилиндрическую форму,
как обычные герметичные пакеты.
Мы также можем поместить такие мышечные волокна рядом друг с другом,
и они станут ещё более похожими на мышцы,
сокращаясь и расслабляясь в поперечном сечении.
На этом видео мышцы HASEL поднимают груз, в двести раз превышающий собственный вес.
А здесь вы видите один из последних дизайнов мышц HASEL
типа «квадратных пончиков» и как они работают.
Они могут сокращаться необычно быстро, достигая сверхчеловеческих скоростей.
Они настолько сильные, что даже могут оторваться от земли.
(Смех)
В целом мышцы HASEL могут стать первой технологией,
которая обгонит настоящие мышцы в плане производительности
и которая может быть воспроизведена в промышленном масштабе.
Но это также молодая технология. Мы только начали.
У нас много идей, как значительно повысить производительность мышц HASEL,
как применить новые материалы и улучшить дизайн, чтобы они могли
технологически превзойти биологические мышцы и традиционные электродвигатели.
Перейдём к более сложным дизайнам мышц HASEL для биоробототехники.
Здесь вы видите скорпиона из пластика,
который умеет охотиться с помощью хвоста,
в данном случае — за воздушным шариком.
(Смех)
Возвращаясь к изначальному источнику вдохновения —
гибкости щупалец осьминога и хобота слона,
мы теперь способны создавать бесступенчатые мягкие приводы,
которые необычайно похожи на настоящие.
Что меня особенно вдохновляет, так это практическое применение мышц HASEL.
Они лягут в основу мягких роботических механизмов,
которые способны улучшить качество жизни.
Мягкая робототехника положит начало новому поколению реалистичных протезов
для людей, прошедших ампутацию.
Здесь вы видите, как пара мышц HASEL
управляет пальцем-протезом.
Может, однажды мы даже сможем присоединять роботизированные механизмы к нашим телам.
На первый взгляд, это звучит пугающе.
Но когда я думаю о своих бабушке и дедушке
и о том, как они стали более зависимыми от помощи извне
при выполнении повседневных задач, вроде посещения туалета,
ведь они часто чувствуют себя обузой.
С помощью мягкой робототехники мы сможем улучшить и восстановить
подвижность и физическую ловкость,
так что пожилые люди смогут сохранять автономность
дольше в течение жизни.
Может, мы назовём это «робототехникой против старения»
или даже следующей ступенью человеческой эволюции.
В отличие от классических жёстких роботов
мягкие роботы будут безопасно работать рядом с людьми и помогать нам дома.
Мягкая робототехника — ещё молодая область исследований. Мы только начали.
Я надеюсь, что молодое поколение с разными навыками и знаниями
присоединится к этому захватывающему путешествию
и поможет сформировать будущее робототехники,
внедрив новые концепции, вдохновлённые природой.
При правильном подходе
мы сможем улучшить качество жизни
для всех нас.
Спасибо.
(Аплодисменты)
2015'te dünyanın farklı yerlerinden 25 takım
afetlere müdahale için robotlar yapmak üzere yarıştılar;
bunlar elektrikli araç kullanma,
engebeli arazide çalışma,
ve araba sürme gibi görevleri yerine getirebiliyorlardı.
Tüm bunlar etkileyici geliyor, öyle de
fakat kazanan robot HUBO'nun vücuduna bir bakın.
İşte, HUBO arabadan inmeye çalışıyor.
Aklınızda bulunsun,
bu video üç kat hızlandırılmış.
(Gülüşmeler)
Kore'den KAIST ekibinin yaptığı HUBO,
etkileyici yetenekleri olan son teknoloji ürünü bir robot.
Ama vücudu onlarca yıl önce gördüğümüz
robotlardan çok da farklı gözükmüyor.
Yarışmadaki diğer robotlara bakarsanız,
onların hareketleri de oldukça robotsu gözüküyor.
Vücutları, metal ve elektrikli motorlar gibi
sert malzemeler kullanan karmaşık mekanik yapılardır.
Kesinlikle düşük maliyetli,
insanlar için güvenli
ve öngörülemeyen zorluklara adapte olmak üzere tasarlanmamışlar.
Robotların beyinleri açısından iyi bir gelişme kaydettik
fakat vücutları hala ilkel bir halde.
Bu benim kızım Nadia.
Sadece beş yaşında
ve HUBO'dan çok daha hızlı arabadan inebilir.
(Gülüşmeler)
Ayrıca park demirlerinde şimdiki herhangi bir insan benzeri robottan
çok daha iyi sallanabilir.
HUBO'nun aksine
insan vücudu kas ve deri gibi yumuşak ve biçim değiştirebilen materyallerden
elinden geldiğince faydalanır.
Doğanın yumuşak madde tasarımlarından,
zarafeti ve verimliliğinden ilham alan
yeni nesil robot vücutlarına ihtiyacımız var.
Bu da yumuşak robotik denilen yeni bir araştırma alanının
ana fikri haline geldi.
Araştırma grubum ve dünya genelinden iş arkadaşlarım
doğada bulunan organizmaların hayret verici yeteneklerine
gittikçe daha da çok yaklaşan çevikliğe ve beceriye sahip
robotlar üretmek için
kas ve deriden ilham alan yumuşak bileşenler kullanıyoruz.
Her zaman biyolojik kaslardan ilham almışımdır.
Bu, pek şaşırtıcı değil.
Avusturyalıyım ve biliyorum ki kulağa Terminatör Arnie gibi geliyorum.
(Gülüşmeler)
Biyolojik kas gerçek bir evrim şaheseridir.
Bir hasardan sonra iyileşebilir
ve harekete ve çevreye geri bildirim vermek için
duyusal nöronlarla sıkıca bütünleşmiştir.
Sinek kuşunun yüksek hızlı kanatlarına güç verecek kadar hızlı kasılabilir;
bir fili hareket ettirecek kadar güçlenebilir
ve bütün vücudunu küçük deliklere sığdırabilen bir hayvan olan ahtapotun
fazlasıyla çok yönlü kollarında kullanılacak kadar adapte olabilir.
Hayvanlar için kaslar ne ise robotlar için aktüatörler de o:
Hareketi ve dünyayla etkileşimi sağlayan,
vücudun temel bileşenleridir.
Yani gerçekleri gibi çok yönlü, uyum sağlayabilen
ve aynı performansı gösterebilen
yumuşak aktüatörler veya yapay kaslar yapabilirsek
neredeyse her türlü kullanım için her türlü robotu üretebiliriz.
Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, insanlar on yıllarca
kasın büyüleyici becerilerini taklit etmeyi denedi
fakat bu çok zordu.
Yaklaşık 10 yıl önce,
Avusturya'da doktoramı yaparken
ben ve iş arkadaşlarım
1880'de yayınlanan, büyük ihtimalle yapay kaslar üzerine yazılmış
ilk yayınlardan birini keşfettik.
Alman fizikçi Wilhelm Röntgen tarafından yayınlanan
"Dielektrik cisimlerin elektrik sebebiyle biçim ve hacim değişimleri üzerine."
Birçoğunuz onu X-ray'in bulucusu olarak biliyor.
Onun talimatlarıyla bir çift iğne kullandık.
Bunları yüksek voltajlı bir kaynağa bağlayıp
plastik bir çerçeveye gerilmiş
şeffaf bir lastik parçasının yanına koyduk.
Voltajı açtığımızda
lastik deforme oldu
ve tıpkı bicepsimizin kolumuzu esnettiği gibi
lastik de plastik çerçeveyi esnetti.
Sihir gibi görünüyor.
İğneler lastiğe dokunmuyor bile.
Bu şekilde iki iğne kullanmak
yapay kasları çalıştırmanın pratik bir yolu değil
ama bu harika deney beni konuya bağladı.
Gerçek uygulamalar için iyi çalışacak yapay kaslar oluşturmak için
yeni yöntemler yaratmak istedim.
Sonraki yıllar boyunca, umut veren birçok farklı teknoloji üzerine çalıştım
ama bunların hepsi aşması zor engellere sahipti.
2015'te,
CU Boulder'da kendi laboratuvarımı kurunca
tamamen yeni bir fikir denemek istedim.
Elektrikli aktüatörlerin yüksek hızını ve verimliliğini,
yumuşak, akışkanla çalışan aktüatörlerin
çok yönlülüğüyle birleştirmek istedim.
Bu nedenle düşündüm ki
belki oldukça eski bilgileri yeni bir şekilde kullanmayı deneyebilirim.
Gördüğünüz şema,
Maxwell basıncı denilen bir etkiyi gösteriyor.
İki metal levha alıp
bunları yağ dolu bir kaba koyar
ve sonra voltajı açarsanız
Maxwell gerilmesi yağı levhaların arasından yukarıya iter.
Burada bunu görüyoruz.
Yani ana fikir şuydu:
Bu etkiyi, yumuşak ve esnek yapılar içinde bulunan yağı
hareket ettirmek için kullanabilir miyiz?
Gerçekten de bu şaşırtıcı bir şekilde iyi çalıştı.
Dürüst olayım, beklediğimden çok daha iyiydi.
Seçkin öğrenci ekibimle birlikte bu fikri
bir başlangıç noktası olarak kullanarak
HASEL yapay kaslar denilen yeni bir teknoloji geliştirdik.
HASEL'ler bir ahududuyu zarar vermeden alabilecek kadar nazik.
Gerçek bir kas gibi genişleyip kasılabiliyorlar.
Gerçeğinden daha hızlı çalıştırılabiliyorlar.
Ayrıca büyük kuvvet uygulamak için yükseltilebilirler.
Burada yaklaşık 4 litre su dolu bir şişeyi kaldırırken görüyorsunuz.
Bir robotik kolda kullanılabilirler,
hatta pozisyonlarını bile algılayabilirler.
HASEL'ler oldukça ince hareketler için kullanılabilirler
ama aynı zamanda oldukça akışkan, kassı hareketler
ve bir topu havaya fırlatmak için güç patlamaları iletebilirler.
Yağ ile kaplandığında
HASEL yapay kaslar görünmez hale getirilebilirler.
Peki HASEL yapay kaslar nasıl çalışıyor?
Bunun cevabına şaşırabilirsiniz.
Oldukça ucuz ve kolay bulunan materyallerden yapılıyorlar.
Temel prensibini evde bile deneyebilirsiniz
ki bunu yapmanızı öneririm.
Birkaç kilitli poşet alıp bunları zeytinyağı ile doldurun.
Hava kabarcıklarını elinizden geldiğince çıkarın.
Şimdi cam bir levha alın ve poşetin bir kenarına yerleştirin.
Bastırınca poşetin kasıldığını görebilirsiniz.
Kasılma miktarını kontrol etmek oldukça kolay.
Küçük bir ağırlık alırsanız küçük bir kasılma,
orta bir ağırlık alırsanız orta bir kasılma,
büyük bir ağırlık alırsanız büyük bir kasılma elde edersiniz.
HASEL'lar içinse tek fark elinizin veya ağırlığın uyguladığı kuvvetin
elektriksel bir kuvvetle değişmesi.
HASEL'ın açılımı:
"Hidrolik Olarak Güçlendirilmiş İyileşebilen Elektrostatik Aktüatörler"
Burada birçok olası tasarımdan biri olan
Peano-HASEL aktüatörleri denilen bir geometri görüyorsunuz.
Tekrardan kilitli poşet gibi esnek bir polimer alıyorsunuz,
bunu zeytinyağı gibi yalıtkan bir sıvıyla dolduruyorsunuz
ve bu sefer cam levha yerine
kesenin bir kenarına bir elektriksel iletken koyuyorsunuz.
Kas lifine daha çok benzeyen bir şey oluşturmak için
birkaç keseyi birleştirip
bir kenara bir ağırlık ekleyin.
Sonra voltaj uygulayın.
Şimdi, elektrik alanı sıvıya etki etmeye başlıyor.
Sıvının yerini değiştiriyor
ve kası kasılmaya zorluyor.
Burada tamamlanmış bir Peano-HASEL aktüatörünü
ve bunun voltaj verilince nasıl genişlediğini ve kasıldığını görüyorsunuz.
Yandan inceleyince
cidden keselerin daha silindirik bir şekil aldığını görebilirsiniz,
kilitli poşetlerle gördüğümüz gibi.
Bunun gibi birkaç kas lifini yan yana yerleştirip
daha da fazla kasa benzeyen ve aynı zamanda enine genişleyip
kasılabilen bir şey oluşturabiliriz.
Buradaki HASEL'lar kendi ağırlıklarından
yaklaşık 200 kat daha ağır bir yük kaldırıyorlar.
Burada çeyrek çörek HASEL'ları dediğimiz en yeni tasarımlarımızdan birinin
genişleyip kasılmasını görüyoruz.
İnsanüstü hızlara ulaşacak kadar hızlı çalıştırılabilirler.
Üstelik yerden zıplayabilecek kadar güçlüler.
(Gülüşmeler)
Özetle, HASEL'lar biyolojik kas performansıyla eşdeğer
veya daha iyi bir performansa sahip ve aynı zamanda büyük ölçekli üretimle
uyumlu olan ilk teknoloji olmayı vaat ediyor.
Aynı zamanda oldukça genç bir teknoloji, daha yeni başlıyoruz.
Yeni materyaller ve tasarımlar kullanarak biyolojik kasın ve elektrikli motorların
ötesinde bir performansa ulaşmak için birçok fikrimiz var.
HASEL'in biyoloji ilhamlı robotik için daha kompleks tasarımlarından
yapay akrebimizi görüyorsunuz.
Kuyruğu ile avlanabiliyor.
Bu örnekte, bir balon.
(Gülüşmeler)
Baştaki ilhamımız olan ahtapot kollarının
ve fil hortumlarının çok yönlülüğüne dönersek
artık gerçeğinin kabiliyetlerine gittikçe yaklaşan
yumuşak süreç aktüatörleri üretebiliyoruz.
Ben en çok HASEL yapay kasların pratik uygulamaları hakkında heyecanlıyım.
Yaşam kalitesini artırabilen yumuşak robotik cihazlara olanak tanıyacak.
Yumuşak robotik, vücutlarının bir kısmını kaybeden insanlar için
yeni nesil daha gerçekçi protezler sağlayacaktır.
Burada laboratuvarımda bazı HASEL'ler görüyorsunuz,
ilk testler bir protez parmağı hareket ettiriyor.
Bir gün vücudumuzu robot parçalarıyla bile birleştirebiliriz.
Kulağa ilk başta çok korkutucu geldiğini biliyorum.
Dedelerimin ve tuvalete tek başına gitmek gibi
günlük işlerini yapmakta dahi başkalarına bağımlı olan kişilerin
daha da fazla kendilerini bir yük olarak gördüklerini düşünüyorum.
Yumuşak robotiklerle çevikliği ve el becerisini geliştirerek
yaşlı insanların, yaşamlarının daha uzun bölümleri için
özerkliklerini korumalarına yardımcı olacağız.
Belki buna "yaşlanma karşıtı robotlar" diyebiliriz
ve hatta insan evriminin bir sonraki aşaması.
Geleneksel katı karşılıklarının aksine
yumuşak robotlar insanların yakınında güvenle çalışıp evde bize yardımcı olur.
Yumuşak robotik çok yeni bir alan, daha yeni başlıyoruz.
Umarım farklı altyapıya sahip birçok genç bu heyecan verici yolculukta bize katılır
ve doğadan ilham alan yeni tasarımlar sunarak
robotik geleceğini şekillendirmeye yardımcı olur.
Eğer bunu doğru yaparsak
hepimizin yaşam kalitesini artırabiliriz.
Teşekkür ederim.
(Alkış)
2015年，全球25个团队
参加了建造灾难应对机器人的比赛，
这些机器人需要完成一系列的任务，
包括使用电动工具，
在崎岖的地形上工作
以及驾驶汽车。
这些任务听上去让人佩服， 事实也是如此，
但让我们看一下冠军获得者 优博（HUBO）的样子。
这是优博试图下车的样子，
我希望你们知道，
这段视频是以3倍速播放的。
（笑声）
优博来自韩国科学技术院（KAIST ）， 是目前最先进的机器人。
它的能力令人赞叹，
但它的样子
与几十年前的机器人并没什么两样。
如果你见到比赛中其他机器人的样子，
它们的动作看起来也非常机械呆板。
它们的身体完全由机械材料构成，
使用的都是坚硬的材料，
比如金属质地的 一如既往坚硬的电动马达。
显然设计者并没有把他们打造成
低价、安全，可以在人类身边工作
并且能够适应突发危机的样子。
我们在机器人大脑的研发上成果颇丰，
然而它们的外形却依然没有进步。
这是我的女儿纳蒂亚。
她才5岁，
但她下车的速度都比优博快。
（笑声）
她也可以轻松地通过这些攀登架，
远比任何人形机器人做得都好。
与机器人优博所不同的是，
人体内有许多柔软、可以变形的组织，
比如肌肉和皮肤。
我们需要创造一种新的机器人形态。
这种形态应该优雅而高效，
并运用一些天然的柔软材料。
事实上，这已经成为了 一个新的研究领域重点，
叫做柔性机器人。
受肌肉和皮肤的灵感启发， 我的研究小组
和全世界合作者使用柔性材料
建造敏捷灵巧的机器人，
让它们能够
越来越接近自然的生物。
我一直深受生物肌肉的启发。
这没有什么稀奇。
我也是澳大利亚人，我知道我的口音 听起来像《终结者》里施瓦辛格。
（笑声）
生物肌肉是进化过程中的杰作。
它可以在受损之后自愈，
并且与感觉神经元紧密联结，
可以感受到运动以及外部环境。
它还能高速收缩，
让蜂鸟能够快速挥舞翅膀，
甚至可以强壮到支撑大象移动；
同时它又是如此柔韧，
可以让章鱼的触手变得非常灵活，
这种生物甚至能够钻进一个小洞。
驱动器之于机器人 就如同肌肉之于动物：
它们都是身体构造的关键，
有了它们，机器人和动物 才能动起来，与世界互动。
所以，如果我们能做出柔性驱动器，
或者说人工肌肉，
多功能的、适应能力强的，
可以与真正的肌肉想媲美的那种，
我们就能做出用于任何场合的
任何类型的机器人。
人们已经努力了数十年
尝试复制肌肉那惊艳的能力，
但不出所料，这非常困难。
大约在10年前，
我还在澳大利亚攻读博士学位时，
我和我的同事重新发现了
可能是最早研究人工肌肉的论文之一，
它发表于1880年。
“电流对介质形状和体积
变化的影响。”
作者是德国物理学家威廉·伦琴。
他因发现X射线而被大众熟知。
根据他的指引，我们用了一对金属针，
通上高压电，
然后把它们靠近在塑料支架上的
一块已经被拉伸的透明橡胶。
当我们改变电压时，
橡胶的形状就改变了，
就如同我们手臂的肱二头肌屈伸那样，
橡胶拉动了塑料支架。
就如同魔法一般。
金属针甚至没有碰到橡胶。
实际上，使用两根针
并非操纵人工肌肉的最佳方法，
但这次神奇的实验 让我迷上了这个课题。
我想创造出一种 新的方式来建造人工肌肉，
可以把它运用在现实生活中。
在接下来的几年中， 我研究了许多都很有潜力的
高科技设备，
但同时又有许多障碍，难以攻克。
在2015年，
当我开始在科罗拉多大学博尔德分校 建立自己的实验室时，
我想试验一个全新的思路。
我想把高速而高效的
电动驱动器
与多功能的柔性驱动器相结合。
通过这种方式，
或许我可以让科学老树发新芽。
现在你所看到的这张示意图
介绍的是麦克斯韦应力张量。
当你拿两个金属板
把它们放在一个充满油的容器中，
然后通上电，
麦克斯韦应力就会迫使油 聚集上升到两个板之间，
这张图所表现的就是这个意思。
所以最重要的问题在于，
我们是否能够运用这个原理
让在柔性弹性组织中的油活动起来呢？
结果，这个想法非常成功，
说实话，远超我的预期。
我和我出色的学生团队一起，
从这个想法出发，
发明了一个新的科技： 哈塞尔（HASEL）人工肌肉。
哈塞尔足够柔软，能拿起一颗草莓
而不损坏它。
它也能像真的肌肉那样延展和收缩。
而且它的活动速度比真肌肉还快。
它可以变大，提供更大的力量。
现在你看到的是它在举起一加仑的水。
它可以用来驱动机器人手臂，
可以感知自己的状态。
哈塞尔不仅可以进行精准移动，
也可以做出流畅， 如同真肌肉一般的行动，
还可以突然爆发力，把球仍到空中。
当哈塞尔浸在油里的时候，
它甚至可以隐形。
那么，哈塞尔人工肌肉 究竟是如何工作的呢？
你可能会好奇。
它是由非常廉价、常见的材料做成的。
我建议，你甚至可以
在家尝试这个原理。
拿几个保鲜袋，装满橄榄油。
试着把所有的空气炮挤出袋子。
现在拿一个玻璃板， 把它放在袋子的一边。
当你开始挤压的时候， 你会发现袋子开始收缩。
收缩的量很容易控制。
如果施加的力较小，收缩就较小。
如果施加的力中等，收缩就中等。
如果施加的较大，收缩就较大。
对于哈塞尔而言，变量就是你施加的力
或者是电流施加的力。
哈塞尔的意思是 “液体增强自愈式静电驱动器”。
现在你看到的是一个叫做 皮亚诺·哈塞尔的驱动器，
是我的设计之一。
现在你再拿一个柔韧的 有机聚合物，比如说保鲜袋，
在里面倒满绝缘液体，比如说橄榄油，
然后把导电体而不是玻璃板，
放在袋子的一边。
为了让它看起来更像肌肉纤维，
你可以把几个袋子放在一起
然后在一边施加一个力。
然后我们通上电流。
现在电场开始作用于流体。
它迫使流体移动，
也意味着它迫使肌肉收缩。
现在你看到的是一个完整的 皮亚诺·哈塞尔驱动器
是如何在电流下延展和收缩的。
从边上看，
你可以看到这些袋子是圆柱形的，
就像是保鲜袋。
我们也可以把几个这样的 肌肉组织联系在一起
让它们看起来更像真肌肉，
当然它们在横截面 同样会延展和收缩。
这些哈塞尔肌肉可以举起
相当于它们自身重量200倍的重量。
现在你看到的是我们最新的 发明：象限圈式哈塞尔
以及它们延展和收缩的动作。
它们行动的速度非常快，远超人类。
它们力量之大，甚至可以从地上跳起来。
（笑声）
总而言之，哈塞尔让我们看到了未来，
它能和生物肌肉媲美， 甚至可以超过生物肌肉，
同时又可以运用于大型机械操作中。
这项科技还非常年轻， 我们才刚刚开始研究。
我们在改进这项技术上还有很多想法，
运比如用新材料和新设计， 让它表现更好，
超越生物肌肉，当然也超越 传统硬性的电动马达。
在仿生机器人中运用更加 复杂的哈塞尔设计，
现在你看到的是一只人工蝎子，
它可以操纵自己的尾巴来刺杀猎物，
在这里，是橡胶气球。
（笑声）
回到我们最初的灵感中，
章鱼灵活的触手以及象鼻，
我们现在可以建造柔性连续驱动器，
它们越来越接近真的肌肉了。
我对哈塞尔人工肌肉的实际应用
充满期待。
它们能够让柔性机械设备成为现实，
同时提升你的生活质量。
柔性机械将为更加逼真的 义肢开创一个新时代，
造福那些失去一部分躯干的残疾人。
现在你看到的是我实验室中的 一些哈塞尔样品，
这是早期实验，它们正在驱动手指假体。
某天，我们或许就会在身体的 某些部位运用机械设备。
我知道一开始这听起来非常吓人。
但我想到了我的祖父母，
他们有时不得不依靠他人的帮助，
才能完成简单的日常任务， 例如独自上厕所。
他们经常会觉得自己已经 变成了他人的负担。
有了柔性机器人，我们就能加强和恢复
敏捷性和灵巧性，
因此能帮助老年人
延长他们在生活中自主活动的时间。
也许我们可以把这个项目 叫做“延缓衰老的机器人”
或者人类进化的新阶段。
和传统硬性的机器人不同的是，
柔性仿生机器人在人旁或 家中工作时更加安全。
柔性机器人还是个非常年轻的 领域，我们才刚刚开始。
我希望更多来自不同背景的年轻人
能够加入我们，
通过引入更多的仿生技术
帮助我们描绘机器人的未来。
如果我们表现出色，
就能提高我们所有人的
生活质量。
谢谢。
（掌声）
2015 年，全世界的二十五個團隊
比賽建造災害應變機器人，
機器人必須要能做幾項工作，
比如，使用電動工具、
在不平坦的地形上工作，
以及開車。
這些聽起來都很讓人欽佩，的確，
但，看看得獎機器人 HUBO 的身體。
這裡，HUBO 在試圖下車，
別忘了，
影片已經是用三倍速播放。
（笑聲）
HUBO 是韓國團隊 KAIST 打造的最先進機器人，
它的能力讓人印象深刻，
但它的身體看起來仍很像
我們幾十年前看到的機器人。
如果你們去看看 比賽中的其他機器人，
它們的動作看起來仍然， 嗯，非常像機器人。
它們的身體是複雜的機械結構，
用的是堅硬的材料，
比如金屬及傳統的剛性電動馬達。
它們的設計理念肯定不是低成本，
不是為了在人類身邊很安全， 或適應不可預測的困難。
我們對機器人的大腦有很好的進展，
但它們的身體仍然很原始。
這位是我女兒娜迪雅。
她才五歲，
她下車的速度都比 HUBO 快。
（笑聲）
她還可以輕鬆在兒童 攀爬的猴架上盪來盪去，
任何人形機器人都沒她做得好。
相對於 HUBO，
人類的身體大量使用 軟性且可變形的材料，
像是肌肉和皮膚。
我們需要一種 新世代的機器人身體，
採用自然界中優雅、有效率， 以及使用軟性材料的設計。
這個想法已經成了一個 新研究領域的核心概念，
這領域叫做「軟性機器人學」。
我的研究團隊和全世界的合作夥伴
採用的軟性元件， 靈感來自肌肉和皮膚，
用這些元件打造的機器人， 在敏捷度和靈巧度上，
會越來越接近
大自然中的有機體 所擁有的驚人能力。
生物肌肉總是特別讓我有靈感。
那並不讓人意外。
我也是奧地利人，我知道我的口音 有點像阿諾，魔鬼終結者。
（笑聲）
生物肌肉是演化中的真正傑作。
在受傷之後它會復元，
且它和感官神經元密切整合，
以便得到動作 和環境的回饋資訊。
肌肉可以快速收縮，
讓蜂鳥的翅膀以高速拍打；
它可以成長到非常強壯， 讓大象能夠移動；
它的適應力好到可以被用在
非常多變化的章魚觸手上，
章魚可以讓它的身體 擠壓穿過小小的洞。
機器人的促動器 就像是動物的肌肉：
是組成身體的關鍵元件，
讓身體可以移動， 和世界進行互動。
所以，如果我們能 打造出軟性促動器，
或人造肌肉，
且多變化、適應力強，
能和真實的肌肉有同樣的表現，
那麼就能打造幾乎 任何種類的機器人 ，
應用在幾乎任何用途上。
不意外，數十年來人們都在嘗試
複製肌肉的驚人能力，
但這非常困難。
大約十年前，
當我在奧地利攻讀博士學位時，
我和我的同事重新發現了
一篇人造肌肉的文章， 可能是最早刊出的這類文章，
出版年是 1880 年。
「電力如何造成誘電性身體的 形狀和大小改變」，
作者是德國物理學家威廉倫琴。
大部分的人聽過他， 是因為他發現了 X 光。
我們遵循他的指示， 用了一對針頭。
將針頭連結到高電壓的電源，
把它放置在透明橡膠的旁邊，
它已先被拉伸並固定在塑膠框上。
當我們打開電源，
橡膠就變形了，
就像我們手臂上的 二頭肌收縮屈曲，
橡膠會讓塑膠框收縮。
很像魔術。針頭甚至 還沒有接觸到橡膠。
用兩根這種針頭來操作人造肌肉，
並不是很實際的方法，
但這次很不可思議的實驗， 讓我迷上了這個主題。
我想要創造出新的方法， 來打造人造肌肉，
且能夠應用到真實世界上。
接下來的數年間， 我嘗試了數種不同的技術，
全都看來有希望，
但也都有一些難以克服的困難。
2015 年，
我在科羅拉多大學波德分校 有了自己的實驗室，
我想要嘗試一個全新的點子。
我想要把電力驅動促動器的
高速度和高效率
和軟性流體促動器的 多功能性結合。
因此，我心想，
也許我可以嘗試用新的方法 來使用非常舊的科學。
這張圖上所呈現的
是所謂的馬克士威應力張量。
拿兩片金屬板，
把它們放在一個裝滿油的容器中，
接著開啟電壓，
馬克士威應力張量就會迫使油 向上跑到兩片板子中間，
像圖上這樣子。
關鍵的想法是，
我們能否在軟性、 可伸縮的結構中，
利用這種效應來推動油？
的確可以，結果非常成功，
老實說，比我預期的還要好很多。
我和我一群出色的學生
用這個想法當作起始點，
來開發一種新技術， 叫做 HASEL 人造肌肉。
HASEL 很溫柔， 可以完好地拿起覆盆子，
不會損傷它。
它們可以像真實肌肉 一樣延展和收縮。
且它們動作的速度 會比真實肌肉快。
也可以把它們再強化， 來發出很大的力量。
在這裡可以看見 它們舉起一加侖的水。
它們可以用來驅動機械手臂，
它們甚至可以感覺到自己的位置。
HASEL 可以用來 做非常精準的動作，
但它們也能做出非常流暢、 類似肌肉的動作，
還能爆發出力量，將球丟向空中。
浸入油裡面之後，
就看不見 HASEL 人造肌肉了。
所以，HASEL 人造肌肉怎麼運作？
你們可能會很驚訝。
它們所使用的材料 一點也不貴，且很容易取得。
我建議你們可以在家 試試主要的原理。
拿幾個密封塑膠袋，裝滿橄欖油。
盡可能把氣泡擠出去。
拿一個玻璃盤子， 放在袋子的一側。
向下壓時，你會看到袋子收縮。
收縮的大小很容易控制。
用輕的重量去壓， 就會產生些微的收縮。
用中等的重量去壓， 就會產生中等的收縮。
用重的重量去壓， 就會產生極大的收縮。
HASEL 唯一的差別 就是用電力來取代
手的力量或是重量。
HASEL 是「透過水壓來擴大的 自我治癒靜電促動器」的縮寫。
各位看到的這個幾何形狀叫做 皮亞諾－HASEL 促動器，
是許多可能的設計之一。
同樣的，可以用柔韌的聚合物， 比如密封塑膠袋，
裝滿絕緣的液體，比如橄欖油，
這次，不用玻璃盤，
改用電導體，放在袋子的一側。
創造出看起來像是 肌肉纖維的東西，
可以把幾個袋子連接在一起，
在一端加上重量。
接著，加上電壓。
電場現在開始影響到液體。
它會移開液體，
並會強迫肌肉收縮。
各位在這裡看到的是完成的 皮亞諾－HASEL 促動器，
以及在加上電壓之後 它會如何延展和收縮。
從側面看，
可以看到這些袋子的形狀 變成比較像是圓柱狀，
像剛才看到的密封塑膠袋一樣。
我們也可以把幾條 肌肉纖維排在一起，
創造出更像肌肉的東西，
能夠在橫斷面上收縮和延展。
這些 HASEL 所舉起的重量，
比它們自身的重量還要重兩百倍。
這是我們的最新設計之一， 叫做四分之一甜甜圈 HASEL，
它們在延展和收縮。
它們可以動得非常快速， 達到超人的速度。
它們甚至強到可以跳離地面。
（笑聲）
總的來說，HASEL 的前景看好， 很可能成為第一種能夠
匹敵或超越生物肌肉表現的技術，
且它還可以大規模生產。
這種技術還很新，我們才剛起步。
我們有很多如何 大幅改善性能的點子，
包括用新材料以及新設計， 來達到更高的性能，
超越生物肌肉，也超越 傳統的剛性電動馬達。
接著是更複雜的設計，靈感來自 生物的機器人學所用的 HASEL，
這個是我們的人造蝎子，
能用尾巴來捕食獵物，
這裡的獵物是橡皮氣球。
（笑聲）
回到我們初始的靈感，
章魚手臂的變化性 以及大象的鼻子，
現在，我們能夠打造出 軟性連續促動器，
越來越接近真實肌肉的能力。
最讓我感到興奮的是
HASEL 人造肌肉的實際應用。
有了它，就可以做出
能夠改善生活品質的 軟性機器人裝置。
軟性機器人學讓更逼真的 新世代義肢成為可能，
能用來協助失去某些身體部位的人。
這是我實驗室中的 HASEL，
早期的測試，驅動的是義肢手指。
將來，我們甚至可以 將我們的身體和機器部位結合。
我知道一開始聽起來是挺可怕的。
但，當我想到我的祖父母，
想到他們變得越來越依賴其他人，
即使簡單的日常小事也要別人幫忙， 比如他們無法獨自上廁所，
他們總覺得自己成為別人的負擔。
有了軟性機器人學，
我們將可以強化和恢復 敏捷度和靈巧度，
這麼一來，就可以協助老人
在人生中保有更長時間的自主能力。
也許我們可以稱之為 「抗老化機器人學」，
或甚至人類演化的下一階段。
和傳統僵硬的機器人不同，
軟性逼真的機器人能夠 在人類周圍安全地運作，
並在家中協助人類。
軟性機器人學還是個很新的領域。
我們才剛起步。
我希望許多不同背景的年輕人 能加入這趟讓人興奮的旅程，
利用來自大自然的靈感，
帶入新觀念，協助塑造 機器人學的未來。
如果我們能把這件事做對，
就能改善生活的品質，造福眾人。
謝謝。
（掌聲）