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)