0:00:01.125,0:00:05.218
Im Jahr 2015 traten 25 Teams[br]aus der ganzen Welt gegeneinander an,

0:00:05.218,0:00:07.462
um für die Katastrophenhilfe[br]Roboter zu bauen,

0:00:07.462,0:00:09.697
die mehrere Aufgaben ausführen sollten,

0:00:09.697,0:00:11.533
wie ein Elektrowerkzeug einzusetzen,

0:00:11.553,0:00:13.128
auf unebenem Terrain zu arbeiten

0:00:13.132,0:00:14.292
und ein Auto zu fahren.

0:00:15.292,0:00:17.333
Das klingt beeindruckend, und ist es auch,

0:00:18.318,0:00:21.620
aber schauen Sie sich den Körper[br]des Sieger-Roboters HUBO an.

0:00:22.118,0:00:24.518
Hier versucht HUBO[br]aus einem Auto auszusteigen,

0:00:24.542,0:00:28.518
und man beachte, das Video[br]wird dreimal schneller abgespielt.

0:00:28.547,0:00:31.478
(Lachen)

0:00:32.750,0:00:35.726
HUBO vom Team KAIST aus Korea[br]ist ein hochmoderner Roboter

0:00:35.750,0:00:37.518
mit beeindruckenden Fähigkeiten,

0:00:37.542,0:00:41.695
aber sein Körper unterscheidet sich kaum[br]von den Robotern der letzten Jahrzehnte.

0:00:42.625,0:00:45.042
Wenn man andere Roboter[br]des Wettbewerbs betrachtet,

0:00:46.000,0:00:49.101
sehen auch ihre Bewegungen[br]noch sehr roboterhaft aus.

0:00:49.125,0:00:51.351
Die Körper sind komplexe[br]mechanische Strukturen

0:00:51.375,0:00:52.976
aus starren Materialien

0:00:53.000,0:00:56.601
wie Metall und herkömmlichen[br]starren Elektromotoren.

0:00:56.625,0:00:58.326
Man entwarf sie nicht,

0:00:58.326,0:01:01.129
um kostengünstig, für Menschen sicher

0:01:01.153,0:01:04.388
und anpassungsfähig an unvorhersehbare[br]Herausforderungen zu sein.

0:01:04.408,0:01:07.146
Wir haben gute Fortschritte mit[br]Roboter-Gehirnen gemacht,

0:01:07.170,0:01:09.162
doch ihre Körper sind noch primitiv.

0:01:10.625,0:01:12.643
Das ist meine Tochter Nadia.

0:01:12.667,0:01:14.393
Sie ist erst fünf Jahre alt

0:01:14.417,0:01:16.893
und kann schneller als HUBO[br]aus dem Auto aussteigen.

0:01:16.917,0:01:18.634
(Lachen)

0:01:18.648,0:01:21.101
Sie schwingt mit Leichtigkeit[br]am Klettergerüst,

0:01:21.125,0:01:24.268
viel besser als jeder derzeitige[br]menschenähnliche Roboter.

0:01:24.292,0:01:25.643
Im Gegensatz zu HUBO

0:01:25.667,0:01:29.393
nutzt der menschliche Körper[br]ausgiebig weiche und formbare Materialien

0:01:29.417,0:01:31.251
wie Muskeln und Haut.

0:01:31.275,0:01:33.806
Wir brauchen eine neue[br]Generation von Roboter-Körpern,

0:01:33.824,0:01:37.875
die inspiriert von der Eleganz, [br]Effizienz und den weichen Materialien

0:01:37.875,0:01:40.067
der natürlich vorkommenden Formen sind.

0:01:40.292,0:01:44.518
Tatsächlich ist das zur Kernidee[br]eines neuen Forschungsgebiets geworden,

0:01:44.542,0:01:46.476
namens Soft Robotics.

0:01:46.500,0:01:49.393
Meine Forschungsgruppe und[br]Partner aus der ganzen Welt

0:01:49.417,0:01:53.059
nutzen durch Muskeln und Haut[br]angeregte weiche Komponenten,

0:01:53.083,0:01:55.893
um Roboter zu bauen,[br]die beweglich und geschickt sind,

0:01:55.917,0:01:58.823
wobei sie immer weiter [br]an die erstaunlichen Fähigkeiten

0:01:58.843,0:02:01.225
der natürlichen Organismen heranreichen.

0:02:02.458,0:02:06.143
Mich inspirierten schon immer[br]besonders biologische Muskeln

0:02:06.167,0:02:08.309
Das ist nicht verwunderlich.

0:02:08.333,0:02:09.708
Ich bin auch Österreicher.

0:02:09.748,0:02:12.248
Ich weiß, dass ich wie Arnie,[br]der Terminator, klinge.

0:02:12.268,0:02:14.936
(Lachen)

0:02:14.970,0:02:17.976
Der biologische Muskel ist ein[br]wahres Meisterwerk der Evolution.

0:02:18.000,0:02:19.889
Er kann nach einer Verletzung abheilen

0:02:19.913,0:02:22.048
und ist eng mit[br]Sinnesneuronen verflochten,

0:02:22.072,0:02:24.737
um Feedback über Bewegung[br]und Umwelt zu erhalten.

0:02:24.763,0:02:26.896
Er kann sich schnell genug zusammenziehen,

0:02:26.930,0:02:29.892
um die Hochgeschwindigkeitsflügel[br]eines Kolibris anzutreiben;

0:02:29.922,0:02:32.580
er kann stark genug werden,[br]einen Elefanten zu bewegen;

0:02:32.590,0:02:36.879
er ist für die extrem beweglichen Arme[br]eines Oktopus ausreichend flexibel.

0:02:36.917,0:02:40.928
einem Tier, das seinen gesamten Körper[br]durch winzige Löcher quetschen kann.

0:02:41.250,0:02:45.143
Stellmotoren sind für Roboter das,[br]was Muskeln für Tiere sind:

0:02:45.167,0:02:47.108
Schlüsselkomponenten des Körpers,

0:02:47.122,0:02:50.153
die Bewegung und Interaktion[br]mit der Welt ermöglichen.

0:02:50.667,0:02:54.373
Könnte man also weiche Stellmotoren[br]oder künstliche Muskeln bauen,

0:02:54.395,0:02:55.886
die vielseitig, anpassungsfähig

0:02:55.920,0:02:59.044
und das gleiche Leistungsvermögen[br]wie die echter Lebewesen haben,

0:02:59.074,0:03:02.778
könnte man fast jede Art von Roboter[br]für fast jede Einsatzart herstellen.

0:03:03.167,0:03:06.411
Es überrascht nicht, dass Menschen[br]seit vielen Jahrzehnten versuchen,

0:03:06.435,0:03:09.268
die erstaunlichen Fähigkeiten[br]von Muskeln nachzubilden,

0:03:09.292,0:03:11.285
aber es war wirklich schwierig.

0:03:12.583,0:03:16.819
Als ich vor circa 10 Jahren[br]in Österreich promovierte,

0:03:16.833,0:03:20.324
entdeckten wir wahrscheinlich[br]eine der ersten Publikationen

0:03:20.348,0:03:23.101
über künstliche Muskeln wieder,

0:03:23.125,0:03:24.916
die 1880 veröffentlicht wurde.

0:03:24.930,0:03:28.193
"Ueber die durch Electricität bewirkten[br]Form- und Volumenänderungen

0:03:28.211,0:03:29.778
von dielectrischen Körpern",

0:03:29.808,0:03:32.989
die vom deutschen Physiker[br]Wilhelm Röntgen veröffentlicht wurde.

0:03:33.013,0:03:36.545
Die meisten von Ihnen kennen ihn[br]als den Entdecker der Röntgenstrahlen.

0:03:37.232,0:03:39.781
Gemäß seinen Anweisungen[br]benutzten wir Nadeln.

0:03:39.781,0:03:41.947
Schlossen sie an eine[br]Hochspannungsquelle an

0:03:41.947,0:03:44.843
und platzierten sie nahe eines[br]durchsichtigen Stück Gummi,

0:03:44.843,0:03:47.127
das wir auf einen Rahmen[br]aus Kunststoff spannten.

0:03:47.333,0:03:49.018
Als die Spannung angelegt wurde,

0:03:49.042,0:03:50.351
verformte sich der Gummi,

0:03:50.375,0:03:53.559
und genau wie unser Bizeps den Arm beugt,

0:03:53.583,0:03:56.226
beugte der Gummi den Kunststoffrahmen.

0:03:56.230,0:03:57.329
Es sieht wie Magie aus.

0:03:57.329,0:03:59.912
Die Nadeln berühren das Gummi nicht mal.

0:03:59.922,0:04:04.617
Künstliche Muskeln mit zwei Nadeln[br]zu bewegen, ist nicht praktisch,

0:04:04.667,0:04:07.809
aber dieses Experiment hat mich[br]für das Thema begeistert.

0:04:07.833,0:04:10.851
Ich wollte neue Wege schaffen[br]zum Aufbau künstlicher Muskeln,

0:04:10.875,0:04:13.684
die in der echten Welt gut[br]funktionieren würden.

0:04:13.708,0:04:17.434
In den folgenden Jahren arbeitete ich[br]an verschiedenen Technologien,

0:04:17.458,0:04:18.767
die alle vielversprechend,

0:04:18.791,0:04:21.833
aber deren Herausforderungen[br]schwer zu bewältigen waren.

0:04:22.833,0:04:26.854
Als ich im Jahr 2015 mein eigenes Labor[br]an der CU Boulder gründete,

0:04:26.875,0:04:29.101
wollte ich eine ganz neue Idee probieren.

0:04:29.125,0:04:33.548
Ich wollte die hohe Geschwindigkeit[br]und Effizienz von elektrischen Antrieben

0:04:33.582,0:04:37.332
mit der Universalität von weichen,[br]fluidischen Stellantrieben kombinieren.

0:04:37.358,0:04:39.738
Deshalb dachte ich, ich könnte versuchen,

0:04:39.762,0:04:42.143
sehr altes Wissen[br]auf neue Weise zu nutzen.

0:04:42.167,0:04:43.794
Das Diagramm, das man hier sieht,

0:04:43.818,0:04:46.518
zeigt den Effekt der sogenannten[br]Maxwellschen Spannung.

0:04:46.542,0:04:48.018
Nimmt man zwei Metallplatten

0:04:48.022,0:04:50.236
und legt sie in einen[br]mit Öl gefüllten Behälter

0:04:50.250,0:04:51.893
und schaltet eine Spannung ein,

0:04:51.917,0:04:55.851
drückt die Maxwellsche Spannung das Öl[br]zwischen den beiden Platten nach oben.

0:04:55.875,0:04:57.351
Das kann man hier sehen.

0:04:57.375,0:04:58.726
Der Kerngedanke war also:

0:04:58.750,0:05:00.864
Können wir diesen Effekt nutzen,

0:05:00.888,0:05:04.508
um Öl in weichen, dehnbaren Strukturen[br]hin und her zu drücken?

0:05:04.532,0:05:06.893
Das funktionierte tatsächlich[br]überraschend gut,

0:05:06.917,0:05:09.471
ehrlich gesagt, viel besser als erwartet.

0:05:09.471,0:05:11.859
Mit meinem exzellenten Studententeam

0:05:11.863,0:05:13.726
nutzen wir diese Idee als Ausgangspunkt

0:05:13.750,0:05:17.893
für die Entwicklung der neuen Technologie[br]der künstlichen HASEL-Muskeln.

0:05:17.917,0:05:21.018
HASELs sind sanft genug,[br]um eine Himbeere aufzunehmen,

0:05:21.042,0:05:22.523
ohne sie zu beschädigen.

0:05:24.542,0:05:27.750
Sie können sich wie echte Muskeln[br]strecken und zusammenziehen.

0:05:29.625,0:05:32.083
Sie arbeiten schneller als echte Muskeln

0:05:32.868,0:05:35.651
und können vergrößert werden,[br]um große Kräfte zu erzeugen.

0:05:35.685,0:05:38.746
Hier sieht man, wie sie eine mit Wasser[br]gefüllte Gallone anheben.

0:05:38.780,0:05:41.294
Man kann sie als Antrieb[br]eines Roboterarms verwenden.

0:05:41.298,0:05:43.612
Sie können sogar ihre[br]Position selbst erkennen.

0:05:45.172,0:05:48.470
Sehr präzise Bewegungen[br]können durch HASELs ausgeführt werden,

0:05:49.292,0:05:52.453
aber sie können auch sehr fließende,[br]muskelähnliche Bewegungen

0:05:52.467,0:05:55.312
und Kraftstöße ausführen,[br]um einen Ball zu schießen.

0:05:57.375,0:05:59.158
Werden HASELs in Öl getaucht,

0:06:00.667,0:06:04.208
können künstliche Muskeln[br]unsichtbar gemacht werden.

0:06:07.875,0:06:09.792
Wie funktionieren die HASEL-Muskeln?

0:06:10.422,0:06:12.246
Sie werden vielleicht überrascht sein.

0:06:12.250,0:06:15.434
Sie basieren auf sehr günstigen[br]und verfügbaren Materialien.

0:06:15.458,0:06:17.416
Versuchen Sie, ich empfehle es sogar,

0:06:17.450,0:06:19.643
das Grundprinzip zu Hause auszuprobieren.

0:06:19.875,0:06:23.013
Man nimmt Schnellverschlussbeutel[br]und füllt sie mit Olivenöl.

0:06:23.027,0:06:25.555
Die Luftblasen muss man[br]möglichst herausdrücken.

0:06:25.583,0:06:28.684
Man nimmt eine Glasplatte[br]und legt sie auf eine Seite des Beutels.

0:06:28.708,0:06:31.047
Drückt man runter,[br]zieht sich der Beutel zusammen.

0:06:31.792,0:06:34.458
Die Stärke der Kontraktion[br]ist leicht zu steuern.

0:06:35.137,0:06:37.996
Bei einem kleinen Gewicht erhält[br]man eine kleine Kontraktion.

0:06:38.000,0:06:41.125
Bei einem mittleren Gewicht erhält[br]man eine mittlere Kontraktion.

0:06:42.125,0:06:45.018
Bei einem großen Gewicht erhält[br]man eine große Kontraktion.

0:06:45.042,0:06:48.476
Bei den HASELs besteht die einzige[br]Änderung darin, die Kraft der Hand

0:06:48.500,0:06:51.528
oder des Gewichts durch eine[br]elektrische Kraft zu ersetzen.

0:06:51.552,0:06:56.787
HASEL steht für hydraulisch verstärkte,[br]selbstheilende elektrostatische Aktuatoren

0:06:56.807,0:07:00.125
Hier sehen Sie die Beschaffenheit[br]von Peano-HASEL-Stellantrieben,

0:07:00.125,0:07:02.417
eine von vielen möglichen Ausführungen.

0:07:03.083,0:07:06.684
Auch hier nimmt man ein flexibles Polymer[br]wie einen Schnellverschlussbeutel,

0:07:06.708,0:07:09.643
füllt ihn mit einer Isolierflüssigkeit[br]wie etwa Olivenöl auf

0:07:09.667,0:07:11.634
und bringt anstelle der Glasplatte,

0:07:11.648,0:07:14.420
einen elektrischen Leiter[br]auf einer Seite des Beutels an.

0:07:14.868,0:07:17.465
Um etwas zu erzeugen,[br]das einer Muskelfaser ähnelt,

0:07:17.485,0:07:21.771
verbindet man ein paar Beutel miteinander[br]und bringt auf einer Seite ein Gewicht an.

0:07:21.792,0:07:23.518
Nun legen wir Spannung an.

0:07:24.083,0:07:27.393
Das elektrische Feld beginnt[br]auf die Flüssigkeit zu wirken.

0:07:27.417,0:07:29.101
Es verdrängt die Flüssigkeit

0:07:29.125,0:07:31.125
und zwingt den Muskel zur Kontraktion.

0:07:32.708,0:07:35.184
Hier sieht man einen fertigen[br]Peano-HASEL-Aktuator

0:07:35.208,0:07:39.101
und wie er sich streckt und zusammenzieht,[br]wenn Spannung angelegt wird.

0:07:39.105,0:07:41.588
Von der Seite betrachtet,[br]kann man wirklich erkennen,

0:07:41.588,0:07:44.174
wie die Säckchen, die Form[br]eines Zylinders annehmen,

0:07:44.198,0:07:46.320
wie wir es bei den Beuteln gesehen haben.

0:07:46.350,0:07:49.576
Wir können einige solcher Muskelfasern[br]nebeneinander platzieren,

0:07:49.600,0:07:52.223
um etwas zu erzeugen, das[br]einem Muskel noch mehr ähnelt,

0:07:52.223,0:07:54.896
der sich auch im Querprofil[br]zusammenzieht und ausdehnt.

0:07:54.896,0:07:58.167
Diese HASELs hier heben ein Gewicht,[br]das etwa 200 Mal schwerer ist

0:07:58.167,0:07:59.458
als ihr eigenes Gewicht.

0:08:00.457,0:08:04.213
Hier ist einer der neuesten Entwürfe,[br]die Quadranten-Donut-HASELs,

0:08:04.237,0:08:06.412
die sich strecken und zusammenziehen.

0:08:06.423,0:08:10.226
Sie arbeiten sehr schnell und erreichen[br]übermenschliche Geschwindigkeiten.

0:08:11.333,0:08:14.309
Sie sind sogar stark genug,[br]um vom Boden zu springen.

0:08:14.333,0:08:15.667
(Lachen)

0:08:16.907,0:08:20.514
Die HASELs sind vielversprechend darin,[br]die erste Technologie zu werden,

0:08:20.538,0:08:23.976
die die Leistung biologischer Muskeln[br]erreicht oder übertrifft

0:08:24.000,0:08:26.943
und mit der Massenproduktion[br]gleichzeitig vereinbar ist.

0:08:26.967,0:08:28.909
Dies ist eine sehr junge Technologie.

0:08:28.909,0:08:30.329
Wir stehen erst am Anfang.

0:08:30.329,0:08:33.775
Wir haben viele Ideen, wie man[br]die Leistung drastisch verbessern kann,

0:08:33.775,0:08:36.560
indem neue Materialien[br]und Konstruktionen verwendet werden,

0:08:36.590,0:08:39.390
um ein Leistungsniveau jenseits[br]des biologischen Muskels

0:08:39.410,0:08:42.072
und üblicher Elektromotoren zu erreichen.

0:08:42.250,0:08:45.643
Für einen komplexeren Entwurf von HASELs[br]für bio-inspirierte Robotik

0:08:45.643,0:08:47.458
steht hier unser künstlicher Skorpion,

0:08:47.458,0:08:49.528
der den Schwanz zur Jagd einsetzen kann,

0:08:49.528,0:08:51.016
hier für einen Luftballoon.

0:08:51.040,0:08:52.393
(Lachen)

0:08:52.417,0:08:54.518
Zurück zum ursprünglichen Geistesblitz:

0:08:54.542,0:08:57.351
der Vielseitigkeit von Krakenarmen[br]und Elefantenrüsseln.

0:08:57.375,0:09:00.143
Wir können jetzt weiche,[br]stufenlose Antriebe bauen,

0:09:00.167,0:09:03.292
die den Fähigkeiten des Originals[br]immer näher kommen.

0:09:05.833,0:09:08.726
Ich bin sehr gespannt[br]auf praktische Anwendungen

0:09:08.750,0:09:10.559
der künstlichen HASEL-Muskeln.

0:09:10.583,0:09:15.116
Sie ermöglichen weiche Roboter-Geräte,[br]die die Lebensqualität verbessern können.

0:09:15.375,0:09:19.028
Soft Robotics macht für Menschen,[br]die Körperteile verloren,

0:09:19.028,0:09:21.554
eine neue Generation[br]naturgetreuer Prothesen möglich.

0:09:21.558,0:09:23.218
Hier sieht man einige HASELs,

0:09:23.232,0:09:26.405
wie sie in der frühen Testphase,[br]eine Fingerprothese bewegen.

0:09:27.542,0:09:31.538
Vielleicht wird in Zukunft sogar unser[br]Körper mit Roboter-Teilen verbunden.

0:09:33.125,0:09:35.250
Das klingt anfangs sehr beängstigend.

0:09:36.837,0:09:38.768
Aber wenn ich an meine Großeltern denke

0:09:38.792,0:09:41.760
und wie sie bei der Erledigung[br]alltäglicher Aufgaben,

0:09:41.790,0:09:44.070
wie alleine die Toilette zu benutzen,

0:09:44.070,0:09:45.875
immer abhängiger von anderen wurden

0:09:45.875,0:09:48.293
haben sie oft das Gefühl,[br]dass sie zur Last werden.

0:09:48.518,0:09:50.450
Soft Robotics wird uns befähigen,

0:09:50.450,0:09:53.943
Beweglichkeit und Geschicklichkeit[br]zu verbessern und wiederherzustellen

0:09:53.943,0:09:57.222
und so älteren Menschen[br]für eine längere Lebensspanne helfen,

0:09:57.222,0:09:59.059
ihre Selbstständigkeit zu erhalten.

0:09:59.083,0:10:01.583
Vielleicht können wir das[br]"Anti-Aging-Robotik" nennen

0:10:02.900,0:10:06.058
oder als eine nächste Stufe[br]der menschlichen Evolution bezeichnen.

0:10:07.083,0:10:09.934
Im Vergleich zu üblichen starren Robotern

0:10:09.958,0:10:13.852
werden weiche Roboter gefahrlos[br]in Menschennähe arbeiten

0:10:13.872,0:10:15.667
und Zuhause helfen können.

0:10:15.667,0:10:17.763
Soft Robotics ist ein sehr junges Gebiet.

0:10:17.783,0:10:19.063
Wir fangen gerade erst an.

0:10:19.073,0:10:22.128
Ich hoffe, viele junge Menschen[br]mit unterschiedlichster Herkunft

0:10:22.138,0:10:24.823
schließen sich uns[br]auf dieser aufregenden Reise an

0:10:24.843,0:10:26.890
und gestalten die Zukunft der Robotik mit,

0:10:26.900,0:10:29.813
indem sie neue, von der Natur[br]inspirierte Konzepte einführen.

0:10:30.708,0:10:32.309
Wenn wir es richtig machen,

0:10:32.333,0:10:35.331
können wir für uns alle[br]die Lebensqualität verbessern.

0:10:35.458,0:10:36.726
Vielen Dank.

0:10:36.750,0:10:39.797
(Applaus)