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)