Tiềm năng đáng kinh ngạc của các robot mềm, linh hoạt

Robot được thiết kế dành cho tốc độ và sự chính xác -- nhưng tính cứng nhắc đã giới hạn ứng dụng của chúng. Trong bài phát biểu, kỹ sư y sinh Giada Gerboni chia sẻ diễn biến mới nhất về "robot mềm", lĩnh vực mới nổi lên tập trung vào tạo các loại máy nhanh gọn, bắt chước thiên nhiên, như người máy bạch tuộc. Hãy tìm hiểu thêm về cách cấu trúc linh hoạt này có thể đóng một vai trò quan trọng trong phẫu thuật, y học và đời sống hằng ngày của chúng ta.

Robot.

Robot có thể được lập trình

để làm những công việc trùng lặp
hàng nghìn lần với ít sai sót nhất,

một điều mà rất khó cho chúng ta,
đúng không?

Và nó có thể rất ấn tượng
khi xem robot làm việc.

Hãy nhìn chúng kìa.

Tôi có thể nhìn chúng trong hàng giờ liền

Không ư?

Điều ít ấn tượng hơn

đó là khi bạn lấy những con robot này
ra khỏi nhà máy,

nơi mà môi trường không được biết rõ
và đo lường một cách hoàn hảo như ở đây,

để mà làm một việc đơn giản và
không đòi hỏi quá nhiều sự chính xác

thì đây là điều có thể xảy ra.

Ý tôi là, mở một cánh cửa
không cần quá nhiều sự chính xác

(Cười)

Hoặc một sự sai sót nhỏ trong tính toán,

Nó đã mất van, và thế là hết --

(Cười)

và không có cách nào sửa lại được,
đa phần là vậy.

Vậy, tại sao lại thế?

Trong nhiều năm

Robot đã được thiết kế để
tăng cường tốc độ và độ chính xác,

và điều này đồng nghĩa với
một thiết kế rất chuyên biệt.

Nếu bạn lấy tay robot,

nó là một tập hợp rạch ròi
gồm những liên kết cứng

và các mô-tơ,
gọi là thiết bị truyền động,

dịch chuyển những liên kết ở các khớp.

Trong cấu trúc Robot này,

bạn phải đo lường hoàn hảo
môi trường của bạn,

cái gì ở xung quanh,

và bạn phải lập trình hoàn hảo
từng chuyển động

của các khớp robot,

bởi vì một lỗi nhỏ
có thể tạo ra sai lầm rất lớn,

và có thể tổn hại vật gì đó
hoặc khiến robot bị hư

nếu vật kia cứng hơn.

Vậy hãy nói về chúng một chút,

và đừng nghĩ về não của các con robot này

hay chúng được lập trình cẩn thận thế nào,

mà hãy nhìn vào cơ thể của chúng.

Rõ ràng là có gì sai với nó,

bởi vì điều khiến một con
robot mạnh và chính xác

cũng khiến chúng cực kì nguy hiểm
và không hiệu quả ngoài đời thực,

bởi cơ thế của chúng không thể biến dạng

hay điều chỉnh thích hợp
với sự tác động với môi trường thực.

Nên hãy nghĩ đến cách tiếp cận khác,

trở nên mềm hơn mọi thứ xung quanh bạn

có thể bạn nghĩ rằng
bạn sẽ không làm được gì nếu bạn mềm,

có thể.

Tự nhiên dạy chúng ta điều ngược lại.

Ví dụ, dưới đáy biển,

dưới hàng nghìn pound của áp lực nước,

một sinh vật hoàn toàn mềm,

có thể di chuyển và tương tác
với vật thể cứng hơn nó rất nhiều.

Nó di chuyển bằng cách
mang theo cái vỏ dừa này

nhờ vào sự linh hoạt của các xúc tu,

với vai trò của cả chân và tay.

Rõ ràng, bạch tuộc còn có thể
mở được cái lọ.

Khá ấn tượng, phải không?

Nhưng rõ ràng điều này không thể thực hiện
chỉ với não của con vật này,

mà còn là nhờ cơ thể của nó,

và đây là một ví dụ rõ,
có thể là rõ ràng nhất,

của trí thông minh cơ thể,

nó là một loại trí thông minh
mà mọi sinh vật sống đều có.

Chúng ta đều có nó.

cơ thể chúng ta, hình dạng,
chất liệu và kết cấu,

đóng vai trò nền móng
trong công việc thể chất,

vì chúng ta có thể thay đổi với môi trường

nên ta có thể thành công
trong nhiều tình huống

không cần tính toán và lên kế hoạch trước.

Vậy tại sao chúng ta không áp dụng
trí thông minh này

vào các máy robot,

để khiến chúng không phụ thuộc
vào quá nhiều việc

của tính toán và phán đoán?

Để thực hiện, ta cần tuân theo
chiến lược của tự nhiên,

vì với sự tiến hóa, nó đã làm khá tốt việc

thiết kế máy móc cho
sự tác động với môi trường.

Và dễ dàng nhận thấy, thiên nhiên sử dụng
vật liệu mềm thường xuyên

và hiếm khi với vật liệu cứng.

Và đây là những gì đã được thực hiện
trong lĩnh vực robot mới,

được gọi "robot mềm",

trong đó mục tiêu chính không phải là
tạo ra những máy móc siêu chính xác,

vì chúng ta đã đạt được điều đó,

mà là giúp robot đối mặt với
các tình huống bất ngờ ngoài đời thực,

và có thể ra ngoài đó.

Và thứ đầu tiên khiến robot mềm là
cơ thể tuân thủ của nó,

được làm từ vật liệu và cấu trúc
có thể trải qua sự biến dạng lớn,

vậy không còn các liên kết cứng nữa,

và thứ hai, để di chuyển,
chúng tôi dùng phân bố truyền động,

vậy nên chúng tôi phải kiểm soát liên tục
hình dạng của cơ thể biến dạng này,

thứ mà có hiệu ứng nhờ vào việc
có nhiều liên kết và khớp nối,

nhưng không hề có cấu trúc cứng nào cả.

Bạn có thể hình dung tạo ra một robot mềm
là một quá trình hoàn toàn khác

với robot cứng,
với khớp nối, bánh răng, đinh vít

mà phải kết hợp lại một cách nhất định.

Với robot mềm, bạn chỉ cần xây dựng
bộ truyền động từ đầu

phần lớn thời gian,

nhưng bạn tạo hình vật liệu linh hoạt

thành hình dạng phản ứng
với một đầu vào cụ thể.

Ví dụ, ở đây, bạn có thể làm biến dạng
một cấu trúc

tạo ra một hình dạng khá phức tạp

nếu bạn nghĩ đến làm như thế
với các liên kết cứng và các khớp nối,

và ở đây, bạn chỉ sử dụng
một lực truyền vào,

như áp lực không khí.

OK, hãy xem một vài ví dụ hay ho
về robot mềm.

Đây là một chú bé dễ thương
được phát triển ở Đại học Harvard,

và nó di chuyển nhờ các sóng của
áp suất đặt lên cơ thể nó,

nhờ vào sự linh hoạt,
nó có thể luồn dưới một cái cầu thấp,

tiếp tục đi,

và vẫn tiếp tục đi
với một chút khác biệt sau đó.

Và đó là vật mẫu đầu tiên vô cùng cơ bản,

nhưng họ còn tạo ra một phiên bản
tốt hơn với công suất tích hợp

mà có thể thực sự gửi ra ngoài thế giới
và đối mặt với các tương tác đời thực

chẳng hạn như một chiếc xe cán qua

và nó vẫn tiếp tục đi.

Đáng yêu nhỉ

(cười)

Hoặc một con cá robot
có thể bơi như cá thật trong nước

đơn giản vì nó có đuôi mềm
với phân bố truyền động

sử dụng áp lực không khí tĩnh.

Nó đến từ MIT.

Và đương nhiên,
chúng tôi có robot bạch tuộc.

Nó thực ra là một trong các
dự án đầu tiên

được phát triển trong lĩnh vực robot mềm.

Ở đây, bạn thấy các xúc tu nhân tạo,

nhưng họ có thể thực sự chế tạo
một bộ máy với nhiều xúc tu

họ có thể chỉ ném vào nước,

và bạn thấy nó có thể đi xung quanh,
và tìm hiểu thế giới dưới nước

một cách khác với các robot cứng sẽ làm.

Nhưng điều này rất quan trọng với
môi trường mỏng manh,như các rạn san hô.

Hãy trở về mặt đất.

Bạn có thể thấy hình ảnh

từ một robot đang lớn phát triển bởi
các cộng sự của tôi đến từ Stanford.

Bạn thấy máy quay được gắn trên đỉnh.

Và robot này đặc biệt,

vì sử dụng áp lực không khí,
nó vươn ra từ đỉnh,

trong khi phần còn lại giữ nguyên
tương tác với môi trường.

và nó được truyền cảm hứng từ cây,
không phải động vật,

cây lớn lên thông qua vật liệu
với cách thức tương tự

nên có thể đối mặt
với khá nhiều tính huống.

nhưng tôi là một kĩ sư y sinh,

và có lẽ ứng dụng tôi thích nhất

là trong lĩnh vực y học,

rất khó để tưởng tượng một sự tác động
sâu hơn với cơ thể con người

hơn là thực sự đi vào cơ thể

Ví dụ, để thực hiện cuộc giải phẫu
với sự xâm lấn tối thiểu

Ở đây, robot có thể rất hữu dụng
với các bác sĩ phẫu thuật,

vì nó phải tiến vào trong cơ thể

sử dụng những lỗ nhỏ và các công cụ thẳng,

và các công cụ này phải tương tác
với những cấu trúc rất mỏng manh

trong một môi trường hay thay đổi,

và phải được thực hiện an toàn.

Và mang máy quay vào bên trong cơ thể,

cũng là mang đôi mắt của
bác sĩ phẫu thuật vào các ca mổ

có thể rất khó nếu sử dụng
cây gậy cứng,

như đèn soi điển hình.

Cùng với đội nghiên cứu trước của tôi
ở châu Âu,

chúng tôi phát triển robot
máy quay mềm cho phẫu thuật,

nó rất khác so với
đèn soi kiểu truyền thống,

nó có thể di chuyển
nhờ vào sự linh hoạt của bộ phận

có thể uốn cong theo mọi hướng và kéo dãn.

Và điều này được sử dụng bởi bác sĩ
để xem họ đang làm gì

với các loại công cụ khác nhau
và điểm nhìn khác nhau,

mà không phải quá lo lắng
về những gì bị chạm vào xung quanh.

Và bạn có thể thấy
một robot đang làm việc ở đây,

nó vừa đi vào trong.

Đây là mô hình cơ thể,
không phải cơ thể người thật.

Nó di chuyển xung quanh.

Bạn có ánh sáng, vì thông thường,

bạn không có quá nhiều đèn
trong cơ thể bạn.

Chúng tôi hi vọng vậy

(cười)

Nhưng đôi khi, một thủ tục phẫu thuật
có thể thực hiện chỉ với một cái kim,

và ở Stanford bây giờ, chúng tôi đang
phát triển một loại kim vô cùng linh hoạt,

giống như một loại robot mềm nhỏ xíu

được thiết kế cơ học để sử dụng
cho tác động với các mô

và lái xung quanh bên trong nội tạng.

Điều này khiến việc chạm đến các mục tiêu
khác nhau, như khối u,

ở sâu bên trong nội tạng

chỉ bằng sử dụng một mũi tiêm vào.

Và bạn có thể lái xung quanh cấu trúc
mà bạn muốn tránh khỏi

trên đường đến mục tiêu.

Rõ ràng, đây là thời đại đầy hứng khởi
cho ngành robot.

Chúng tôi có robot phải làm việc
với các cấu trúc mềm,

nên điều này đặt ra
nhiều câu hỏi mới khó khăn

cho cộng đồng chế tạo robot,

Thật vậy, chúng tôi chỉ mới bắt đầu
học cách điều khiển,

cách đặt các máy cảm biến
lên các cấu trúc linh hoạt này.

Nhưng chắc chắn, ta còn rất xa
với thứ thiên nhiên đã hiểu được

sau hàng triệu năm tiến hóa.

Nhưng có một điều tôi chắc chắn:

Robot trở nên mềm hơn và an toàn hơn

và chúng sẽ ở ngoài kia, giúp đỡ con người

Xin cảm ơn.

(vỗ tay)