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)