1
00:00:01,125 --> 00:00:05,218
Im Jahr 2015 traten 25 Teams
aus der ganzen Welt gegeneinander an,

2
00:00:05,218 --> 00:00:07,462
um für die Katastrophenhilfe
Roboter zu bauen,

3
00:00:07,462 --> 00:00:09,697
die mehrere Aufgaben ausführen sollten,

4
00:00:09,697 --> 00:00:11,533
wie ein Elektrowerkzeug einzusetzen,

5
00:00:11,553 --> 00:00:13,128
auf unebenem Terrain zu arbeiten

6
00:00:13,132 --> 00:00:14,292
und ein Auto zu fahren.

7
00:00:15,292 --> 00:00:17,333
Das klingt beeindruckend, und ist es auch,

8
00:00:18,318 --> 00:00:21,620
aber schauen Sie sich den Körper
des Sieger-Roboters HUBO an.

9
00:00:22,118 --> 00:00:24,518
Hier versucht HUBO
aus einem Auto auszusteigen,

10
00:00:24,542 --> 00:00:28,518
und man beachte, das Video
wird dreimal schneller abgespielt.

11
00:00:28,547 --> 00:00:31,478
(Lachen)

12
00:00:32,750 --> 00:00:35,726
HUBO vom Team KAIST aus Korea
ist ein hochmoderner Roboter

13
00:00:35,750 --> 00:00:37,518
mit beeindruckenden Fähigkeiten,

14
00:00:37,542 --> 00:00:41,695
aber sein Körper unterscheidet sich kaum
von den Robotern der letzten Jahrzehnte.

15
00:00:42,625 --> 00:00:45,042
Wenn man andere Roboter
des Wettbewerbs betrachtet,

16
00:00:46,000 --> 00:00:49,101
sehen auch ihre Bewegungen
noch sehr roboterhaft aus.

17
00:00:49,125 --> 00:00:51,351
Die Körper sind komplexe
mechanische Strukturen

18
00:00:51,375 --> 00:00:52,976
aus starren Materialien

19
00:00:53,000 --> 00:00:56,601
wie Metall und herkömmlichen
starren Elektromotoren.

20
00:00:56,625 --> 00:00:58,326
Man entwarf sie nicht,

21
00:00:58,326 --> 00:01:01,129
um kostengünstig, für Menschen sicher

22
00:01:01,153 --> 00:01:04,388
und anpassungsfähig an unvorhersehbare
Herausforderungen zu sein.

23
00:01:04,408 --> 00:01:07,146
Wir haben gute Fortschritte mit
Roboter-Gehirnen gemacht,

24
00:01:07,170 --> 00:01:09,162
doch ihre Körper sind noch primitiv.

25
00:01:10,625 --> 00:01:12,643
Das ist meine Tochter Nadia.

26
00:01:12,667 --> 00:01:14,393
Sie ist erst fünf Jahre alt

27
00:01:14,417 --> 00:01:16,893
und kann schneller als HUBO
aus dem Auto aussteigen.

28
00:01:16,917 --> 00:01:18,634
(Lachen)

29
00:01:18,648 --> 00:01:21,101
Sie schwingt mit Leichtigkeit
am Klettergerüst,

30
00:01:21,125 --> 00:01:24,268
viel besser als jeder derzeitige
menschenähnliche Roboter.

31
00:01:24,292 --> 00:01:25,643
Im Gegensatz zu HUBO

32
00:01:25,667 --> 00:01:29,393
nutzt der menschliche Körper
ausgiebig weiche und formbare Materialien

33
00:01:29,417 --> 00:01:31,251
wie Muskeln und Haut.

34
00:01:31,275 --> 00:01:33,806
Wir brauchen eine neue
Generation von Roboter-Körpern,

35
00:01:33,824 --> 00:01:37,875
die inspiriert von der Eleganz, 
Effizienz und den weichen Materialien

36
00:01:37,875 --> 00:01:40,067
der natürlich vorkommenden Formen sind.

37
00:01:40,292 --> 00:01:44,518
Tatsächlich ist das zur Kernidee
eines neuen Forschungsgebiets geworden,

38
00:01:44,542 --> 00:01:46,476
namens Soft Robotics.

39
00:01:46,500 --> 00:01:49,393
Meine Forschungsgruppe und
Partner aus der ganzen Welt

40
00:01:49,417 --> 00:01:53,059
nutzen durch Muskeln und Haut
angeregte weiche Komponenten,

41
00:01:53,083 --> 00:01:55,893
um Roboter zu bauen,
die beweglich und geschickt sind,

42
00:01:55,917 --> 00:01:58,823
wobei sie immer weiter 
an die erstaunlichen Fähigkeiten

43
00:01:58,843 --> 00:02:01,225
der natürlichen Organismen heranreichen.

44
00:02:02,458 --> 00:02:06,143
Mich inspirierten schon immer
besonders biologische Muskeln

45
00:02:06,167 --> 00:02:08,309
Das ist nicht verwunderlich.

46
00:02:08,333 --> 00:02:09,708
Ich bin auch Österreicher.

47
00:02:09,748 --> 00:02:12,248
Ich weiß, dass ich wie Arnie,
der Terminator, klinge.

48
00:02:12,268 --> 00:02:14,936
(Lachen)

49
00:02:14,970 --> 00:02:17,976
Der biologische Muskel ist ein
wahres Meisterwerk der Evolution.

50
00:02:18,000 --> 00:02:19,889
Er kann nach einer Verletzung abheilen

51
00:02:19,913 --> 00:02:22,048
und ist eng mit
Sinnesneuronen verflochten,

52
00:02:22,072 --> 00:02:24,737
um Feedback über Bewegung
und Umwelt zu erhalten.

53
00:02:24,763 --> 00:02:26,896
Er kann sich schnell genug zusammenziehen,

54
00:02:26,930 --> 00:02:29,892
um die Hochgeschwindigkeitsflügel
eines Kolibris anzutreiben;

55
00:02:29,922 --> 00:02:32,580
er kann stark genug werden,
einen Elefanten zu bewegen;

56
00:02:32,590 --> 00:02:36,879
er ist für die extrem beweglichen Arme
eines Oktopus ausreichend flexibel.

57
00:02:36,917 --> 00:02:40,928
einem Tier, das seinen gesamten Körper
durch winzige Löcher quetschen kann.

58
00:02:41,250 --> 00:02:45,143
Stellmotoren sind für Roboter das,
was Muskeln für Tiere sind:

59
00:02:45,167 --> 00:02:47,108
Schlüsselkomponenten des Körpers,

60
00:02:47,122 --> 00:02:50,153
die Bewegung und Interaktion
mit der Welt ermöglichen.

61
00:02:50,667 --> 00:02:54,373
Könnte man also weiche Stellmotoren
oder künstliche Muskeln bauen,

62
00:02:54,395 --> 00:02:55,886
die vielseitig, anpassungsfähig

63
00:02:55,920 --> 00:02:59,044
und das gleiche Leistungsvermögen
wie die echter Lebewesen haben,

64
00:02:59,074 --> 00:03:02,778
könnte man fast jede Art von Roboter
für fast jede Einsatzart herstellen.

65
00:03:03,167 --> 00:03:06,411
Es überrascht nicht, dass Menschen
seit vielen Jahrzehnten versuchen,

66
00:03:06,435 --> 00:03:09,268
die erstaunlichen Fähigkeiten
von Muskeln nachzubilden,

67
00:03:09,292 --> 00:03:11,285
aber es war wirklich schwierig.

68
00:03:12,583 --> 00:03:16,819
Als ich vor circa 10 Jahren
in Österreich promovierte,

69
00:03:16,833 --> 00:03:20,324
entdeckten wir wahrscheinlich
eine der ersten Publikationen

70
00:03:20,348 --> 00:03:23,101
über künstliche Muskeln wieder,

71
00:03:23,125 --> 00:03:24,916
die 1880 veröffentlicht wurde.

72
00:03:24,930 --> 00:03:28,193
"Ueber die durch Electricität bewirkten
Form- und Volumenänderungen

73
00:03:28,211 --> 00:03:29,778
von dielectrischen Körpern",

74
00:03:29,808 --> 00:03:32,989
die vom deutschen Physiker
Wilhelm Röntgen veröffentlicht wurde.

75
00:03:33,013 --> 00:03:36,545
Die meisten von Ihnen kennen ihn
als den Entdecker der Röntgenstrahlen.

76
00:03:37,232 --> 00:03:39,781
Gemäß seinen Anweisungen
benutzten wir Nadeln.

77
00:03:39,781 --> 00:03:41,947
Schlossen sie an eine
Hochspannungsquelle an

78
00:03:41,947 --> 00:03:44,843
und platzierten sie nahe eines
durchsichtigen Stück Gummi,

79
00:03:44,843 --> 00:03:47,127
das wir auf einen Rahmen
aus Kunststoff spannten.

80
00:03:47,333 --> 00:03:49,018
Als die Spannung angelegt wurde,

81
00:03:49,042 --> 00:03:50,351
verformte sich der Gummi,

82
00:03:50,375 --> 00:03:53,559
und genau wie unser Bizeps den Arm beugt,

83
00:03:53,583 --> 00:03:56,226
beugte der Gummi den Kunststoffrahmen.

84
00:03:56,230 --> 00:03:57,329
Es sieht wie Magie aus.

85
00:03:57,329 --> 00:03:59,912
Die Nadeln berühren das Gummi nicht mal.

86
00:03:59,922 --> 00:04:04,617
Künstliche Muskeln mit zwei Nadeln
zu bewegen, ist nicht praktisch,

87
00:04:04,667 --> 00:04:07,809
aber dieses Experiment hat mich
für das Thema begeistert.

88
00:04:07,833 --> 00:04:10,851
Ich wollte neue Wege schaffen
zum Aufbau künstlicher Muskeln,

89
00:04:10,875 --> 00:04:13,684
die in der echten Welt gut
funktionieren würden.

90
00:04:13,708 --> 00:04:17,434
In den folgenden Jahren arbeitete ich
an verschiedenen Technologien,

91
00:04:17,458 --> 00:04:18,767
die alle vielversprechend,

92
00:04:18,791 --> 00:04:21,833
aber deren Herausforderungen
schwer zu bewältigen waren.

93
00:04:22,833 --> 00:04:26,854
Als ich im Jahr 2015 mein eigenes Labor
an der CU Boulder gründete,

94
00:04:26,875 --> 00:04:29,101
wollte ich eine ganz neue Idee probieren.

95
00:04:29,125 --> 00:04:33,548
Ich wollte die hohe Geschwindigkeit
und Effizienz von elektrischen Antrieben

96
00:04:33,582 --> 00:04:37,332
mit der Universalität von weichen,
fluidischen Stellantrieben kombinieren.

97
00:04:37,358 --> 00:04:39,738
Deshalb dachte ich, ich könnte versuchen,

98
00:04:39,762 --> 00:04:42,143
sehr altes Wissen
auf neue Weise zu nutzen.

99
00:04:42,167 --> 00:04:43,794
Das Diagramm, das man hier sieht,

100
00:04:43,818 --> 00:04:46,518
zeigt den Effekt der sogenannten
Maxwellschen Spannung.

101
00:04:46,542 --> 00:04:48,018
Nimmt man zwei Metallplatten

102
00:04:48,022 --> 00:04:50,236
und legt sie in einen
mit Öl gefüllten Behälter

103
00:04:50,250 --> 00:04:51,893
und schaltet eine Spannung ein,

104
00:04:51,917 --> 00:04:55,851
drückt die Maxwellsche Spannung das Öl
zwischen den beiden Platten nach oben.

105
00:04:55,875 --> 00:04:57,351
Das kann man hier sehen.

106
00:04:57,375 --> 00:04:58,726
Der Kerngedanke war also:

107
00:04:58,750 --> 00:05:00,864
Können wir diesen Effekt nutzen,

108
00:05:00,888 --> 00:05:04,508
um Öl in weichen, dehnbaren Strukturen
hin und her zu drücken?

109
00:05:04,532 --> 00:05:06,893
Das funktionierte tatsächlich
überraschend gut,

110
00:05:06,917 --> 00:05:09,471
ehrlich gesagt, viel besser als erwartet.

111
00:05:09,471 --> 00:05:11,859
Mit meinem exzellenten Studententeam

112
00:05:11,863 --> 00:05:13,726
nutzen wir diese Idee als Ausgangspunkt

113
00:05:13,750 --> 00:05:17,893
für die Entwicklung der neuen Technologie
der künstlichen HASEL-Muskeln.

114
00:05:17,917 --> 00:05:21,018
HASELs sind sanft genug,
um eine Himbeere aufzunehmen,

115
00:05:21,042 --> 00:05:22,523
ohne sie zu beschädigen.

116
00:05:24,542 --> 00:05:27,750
Sie können sich wie echte Muskeln
strecken und zusammenziehen.

117
00:05:29,625 --> 00:05:32,083
Sie arbeiten schneller als echte Muskeln

118
00:05:32,868 --> 00:05:35,651
und können vergrößert werden,
um große Kräfte zu erzeugen.

119
00:05:35,685 --> 00:05:38,746
Hier sieht man, wie sie eine mit Wasser
gefüllte Gallone anheben.

120
00:05:38,780 --> 00:05:41,294
Man kann sie als Antrieb
eines Roboterarms verwenden.

121
00:05:41,298 --> 00:05:43,612
Sie können sogar ihre
Position selbst erkennen.

122
00:05:45,172 --> 00:05:48,470
Sehr präzise Bewegungen
können durch HASELs ausgeführt werden,

123
00:05:49,292 --> 00:05:52,453
aber sie können auch sehr fließende,
muskelähnliche Bewegungen

124
00:05:52,467 --> 00:05:55,312
und Kraftstöße ausführen,
um einen Ball zu schießen.

125
00:05:57,375 --> 00:05:59,158
Werden HASELs in Öl getaucht,

126
00:06:00,667 --> 00:06:04,208
können künstliche Muskeln
unsichtbar gemacht werden.

127
00:06:07,875 --> 00:06:09,792
Wie funktionieren die HASEL-Muskeln?

128
00:06:10,422 --> 00:06:12,246
Sie werden vielleicht überrascht sein.

129
00:06:12,250 --> 00:06:15,434
Sie basieren auf sehr günstigen
und verfügbaren Materialien.

130
00:06:15,458 --> 00:06:17,416
Versuchen Sie, ich empfehle es sogar,

131
00:06:17,450 --> 00:06:19,643
das Grundprinzip zu Hause auszuprobieren.

132
00:06:19,875 --> 00:06:23,013
Man nimmt Schnellverschlussbeutel
und füllt sie mit Olivenöl.

133
00:06:23,027 --> 00:06:25,555
Die Luftblasen muss man
möglichst herausdrücken.

134
00:06:25,583 --> 00:06:28,684
Man nimmt eine Glasplatte
und legt sie auf eine Seite des Beutels.

135
00:06:28,708 --> 00:06:31,047
Drückt man runter,
zieht sich der Beutel zusammen.

136
00:06:31,792 --> 00:06:34,458
Die Stärke der Kontraktion
ist leicht zu steuern.

137
00:06:35,137 --> 00:06:37,996
Bei einem kleinen Gewicht erhält
man eine kleine Kontraktion.

138
00:06:38,000 --> 00:06:41,125
Bei einem mittleren Gewicht erhält
man eine mittlere Kontraktion.

139
00:06:42,125 --> 00:06:45,018
Bei einem großen Gewicht erhält
man eine große Kontraktion.

140
00:06:45,042 --> 00:06:48,476
Bei den HASELs besteht die einzige
Änderung darin, die Kraft der Hand

141
00:06:48,500 --> 00:06:51,528
oder des Gewichts durch eine
elektrische Kraft zu ersetzen.

142
00:06:51,552 --> 00:06:56,787
HASEL steht für hydraulisch verstärkte,
selbstheilende elektrostatische Aktuatoren

143
00:06:56,807 --> 00:07:00,125
Hier sehen Sie die Beschaffenheit
von Peano-HASEL-Stellantrieben,

144
00:07:00,125 --> 00:07:02,417
eine von vielen möglichen Ausführungen.

145
00:07:03,083 --> 00:07:06,684
Auch hier nimmt man ein flexibles Polymer
wie einen Schnellverschlussbeutel,

146
00:07:06,708 --> 00:07:09,643
füllt ihn mit einer Isolierflüssigkeit
wie etwa Olivenöl auf

147
00:07:09,667 --> 00:07:11,634
und bringt anstelle der Glasplatte,

148
00:07:11,648 --> 00:07:14,420
einen elektrischen Leiter
auf einer Seite des Beutels an.

149
00:07:14,868 --> 00:07:17,465
Um etwas zu erzeugen,
das einer Muskelfaser ähnelt,

150
00:07:17,485 --> 00:07:21,771
verbindet man ein paar Beutel miteinander
und bringt auf einer Seite ein Gewicht an.

151
00:07:21,792 --> 00:07:23,518
Nun legen wir Spannung an.

152
00:07:24,083 --> 00:07:27,393
Das elektrische Feld beginnt
auf die Flüssigkeit zu wirken.

153
00:07:27,417 --> 00:07:29,101
Es verdrängt die Flüssigkeit

154
00:07:29,125 --> 00:07:31,125
und zwingt den Muskel zur Kontraktion.

155
00:07:32,708 --> 00:07:35,184
Hier sieht man einen fertigen
Peano-HASEL-Aktuator

156
00:07:35,208 --> 00:07:39,101
und wie er sich streckt und zusammenzieht,
wenn Spannung angelegt wird.

157
00:07:39,105 --> 00:07:41,588
Von der Seite betrachtet,
kann man wirklich erkennen,

158
00:07:41,588 --> 00:07:44,174
wie die Säckchen, die Form
eines Zylinders annehmen,

159
00:07:44,198 --> 00:07:46,320
wie wir es bei den Beuteln gesehen haben.

160
00:07:46,350 --> 00:07:49,576
Wir können einige solcher Muskelfasern
nebeneinander platzieren,

161
00:07:49,600 --> 00:07:52,223
um etwas zu erzeugen, das
einem Muskel noch mehr ähnelt,

162
00:07:52,223 --> 00:07:54,896
der sich auch im Querprofil
zusammenzieht und ausdehnt.

163
00:07:54,896 --> 00:07:58,167
Diese HASELs hier heben ein Gewicht,
das etwa 200 Mal schwerer ist

164
00:07:58,167 --> 00:07:59,458
als ihr eigenes Gewicht.

165
00:08:00,457 --> 00:08:04,213
Hier ist einer der neuesten Entwürfe,
die Quadranten-Donut-HASELs,

166
00:08:04,237 --> 00:08:06,412
die sich strecken und zusammenziehen.

167
00:08:06,423 --> 00:08:10,226
Sie arbeiten sehr schnell und erreichen
übermenschliche Geschwindigkeiten.

168
00:08:11,333 --> 00:08:14,309
Sie sind sogar stark genug,
um vom Boden zu springen.

169
00:08:14,333 --> 00:08:15,667
(Lachen)

170
00:08:16,907 --> 00:08:20,514
Die HASELs sind vielversprechend darin,
die erste Technologie zu werden,

171
00:08:20,538 --> 00:08:23,976
die die Leistung biologischer Muskeln
erreicht oder übertrifft

172
00:08:24,000 --> 00:08:26,943
und mit der Massenproduktion
gleichzeitig vereinbar ist.

173
00:08:26,967 --> 00:08:28,909
Dies ist eine sehr junge Technologie.

174
00:08:28,909 --> 00:08:30,329
Wir stehen erst am Anfang.

175
00:08:30,329 --> 00:08:33,775
Wir haben viele Ideen, wie man
die Leistung drastisch verbessern kann,

176
00:08:33,775 --> 00:08:36,560
indem neue Materialien
und Konstruktionen verwendet werden,

177
00:08:36,590 --> 00:08:39,390
um ein Leistungsniveau jenseits
des biologischen Muskels

178
00:08:39,410 --> 00:08:42,072
und üblicher Elektromotoren zu erreichen.

179
00:08:42,250 --> 00:08:45,643
Für einen komplexeren Entwurf von HASELs
für bio-inspirierte Robotik

180
00:08:45,643 --> 00:08:47,458
steht hier unser künstlicher Skorpion,

181
00:08:47,458 --> 00:08:49,528
der den Schwanz zur Jagd einsetzen kann,

182
00:08:49,528 --> 00:08:51,016
hier für einen Luftballoon.

183
00:08:51,040 --> 00:08:52,393
(Lachen)

184
00:08:52,417 --> 00:08:54,518
Zurück zum ursprünglichen Geistesblitz:

185
00:08:54,542 --> 00:08:57,351
der Vielseitigkeit von Krakenarmen
und Elefantenrüsseln.

186
00:08:57,375 --> 00:09:00,143
Wir können jetzt weiche,
stufenlose Antriebe bauen,

187
00:09:00,167 --> 00:09:03,292
die den Fähigkeiten des Originals
immer näher kommen.

188
00:09:05,833 --> 00:09:08,726
Ich bin sehr gespannt
auf praktische Anwendungen

189
00:09:08,750 --> 00:09:10,559
der künstlichen HASEL-Muskeln.

190
00:09:10,583 --> 00:09:15,116
Sie ermöglichen weiche Roboter-Geräte,
die die Lebensqualität verbessern können.

191
00:09:15,375 --> 00:09:19,028
Soft Robotics macht für Menschen,
die Körperteile verloren,

192
00:09:19,028 --> 00:09:21,554
eine neue Generation
naturgetreuer Prothesen möglich.

193
00:09:21,558 --> 00:09:23,218
Hier sieht man einige HASELs,

194
00:09:23,232 --> 00:09:26,405
wie sie in der frühen Testphase,
eine Fingerprothese bewegen.

195
00:09:27,542 --> 00:09:31,538
Vielleicht wird in Zukunft sogar unser
Körper mit Roboter-Teilen verbunden.

196
00:09:33,125 --> 00:09:35,250
Das klingt anfangs sehr beängstigend.

197
00:09:36,837 --> 00:09:38,768
Aber wenn ich an meine Großeltern denke

198
00:09:38,792 --> 00:09:41,760
und wie sie bei der Erledigung
alltäglicher Aufgaben,

199
00:09:41,790 --> 00:09:44,070
wie alleine die Toilette zu benutzen,

200
00:09:44,070 --> 00:09:45,875
immer abhängiger von anderen wurden

201
00:09:45,875 --> 00:09:48,293
haben sie oft das Gefühl,
dass sie zur Last werden.

202
00:09:48,518 --> 00:09:50,450
Soft Robotics wird uns befähigen,

203
00:09:50,450 --> 00:09:53,943
Beweglichkeit und Geschicklichkeit
zu verbessern und wiederherzustellen

204
00:09:53,943 --> 00:09:57,222
und so älteren Menschen
für eine längere Lebensspanne helfen,

205
00:09:57,222 --> 00:09:59,059
ihre Selbstständigkeit zu erhalten.

206
00:09:59,083 --> 00:10:01,583
Vielleicht können wir das
"Anti-Aging-Robotik" nennen

207
00:10:02,900 --> 00:10:06,058
oder als eine nächste Stufe
der menschlichen Evolution bezeichnen.

208
00:10:07,083 --> 00:10:09,934
Im Vergleich zu üblichen starren Robotern

209
00:10:09,958 --> 00:10:13,852
werden weiche Roboter gefahrlos
in Menschennähe arbeiten

210
00:10:13,872 --> 00:10:15,667
und Zuhause helfen können.

211
00:10:15,667 --> 00:10:17,763
Soft Robotics ist ein sehr junges Gebiet.

212
00:10:17,783 --> 00:10:19,063
Wir fangen gerade erst an.

213
00:10:19,073 --> 00:10:22,128
Ich hoffe, viele junge Menschen
mit unterschiedlichster Herkunft

214
00:10:22,138 --> 00:10:24,823
schließen sich uns
auf dieser aufregenden Reise an

215
00:10:24,843 --> 00:10:26,890
und gestalten die Zukunft der Robotik mit,

216
00:10:26,900 --> 00:10:29,813
indem sie neue, von der Natur
inspirierte Konzepte einführen.

217
00:10:30,708 --> 00:10:32,309
Wenn wir es richtig machen,

218
00:10:32,333 --> 00:10:35,331
können wir für uns alle
die Lebensqualität verbessern.

219
00:10:35,458 --> 00:10:36,726
Vielen Dank.

220
00:10:36,750 --> 00:10:39,797
(Applaus)