The artificial muscles that will power robots of the future | Christoph Keplinger

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Traductor: Joacim Hernández Revisor: Florencia Bracamonte

In 2015, 25 teams from around the world

En 2015, 25 equipos de todo el mundo

compitieron en la construcción de robots antidesastres

competed to build robots for disaster response

that could perform a number of tasks,

que pudieran realizar tareas como usar una herramienta,

such as using a power tool,

working on uneven terrain

trabajar en terreno irregular y conducir un auto.

and driving a car.

That all sounds impressive, and it is,

Eso suena increíble, y lo es.

but look at the body of the winning robot, HUBO.

Pero miren el cuerpo del robot ganador, HUBO.

Here, HUBO is trying to get out of a car,

En este video HUBO trata de salir del auto,

and keep in mind,

y tomen en cuenta que la velocidad del video es tres veces la normal.

the video is sped up three times.

(Laughter)

(Risas)

HUBO, from team KAIST out of Korea, is a state-of-the-art robot

HUBO, del equipo KAIST de Corea, es un robot último modelo

with impressive capabilities,

con capacidades impresionantes,

but this body doesn't look all that different

pero su cuerpo no parece distinto al de los robots de hace décadas.

from robots we've seen a few decades ago.

If you look at the other robots in the competition,

Si miran a los otros robots del concurso,

sus movimientos aún se ven, pues, muy robóticos.

their movements also still look, well, very robotic.

Sus cuerpos son complejas estructuras mecánicas hechas con materiales rígidos

Their bodies are complex mechanical structures

using rigid materials

such as metal and traditional rigid electric motors.

como metal y motores eléctricos convencionales.

They certainly weren't designed

Está claro que no fueron diseñados para ser baratos,

to be low-cost, safe near people

seguros para la gente y adaptables a retos impredecibles.

and adaptable to unpredictable challenges.

Hemos hecho grandes progresos con el cerebro de los robots,

We've made good progress with the brains of robots,

pero su cuerpo sigue siendo primitivo.

but their bodies are still primitive.

This is my daughter Nadia.

Ella es mi hija Nadia.

She's only five years old

Solo tiene cinco años, pero puede salir del auto más rápido que HUBO.

and she can get out of the car way faster than HUBO.

(Laughter)

(Risas)

She can also swing around on monkey bars with ease,

También puede columpiarse con facilidad,

mucho mejor que cualquier robot nuevo con apariencia humana.

much better than any current human-like robot could do.

In contrast to HUBO,

A diferencia de HUBO, el cuerpo humano utiliza materiales blandos y moldeables

the human body makes extensive use of soft and deformable materials

such as muscle and skin.

como los músculos y la piel.

We need a new generation of robot bodies

Necesitamos una nueva generación de robots

that is inspired by the elegance, efficiency and by the soft materials

inspirados en la elegancia, eficiencia y los materiales blandos

of the designs found in nature.

que observamos en la naturaleza.

And indeed, this has become the key idea of a new field of research

De hecho, esta es la idea principal en una nueva rama de investigación

called soft robotics.

llamada "robótica blanda".

My research group and collaborators around the world

Mi grupo de investigación y colegas de todo el mundo

are using soft components inspired by muscle and skin

usan componentes blandos basados en los músculos y la piel

para construir robots con agilidad y destreza

to build robots with agility and dexterity

that comes closer and closer

que se acerquen más y más

to the astonishing capabilities of the organisms found in nature.

a las asombrosas capacidades de los organismos de la naturaleza.

I've always been particularly inspired by biological muscle.

El tejido muscular siempre ha sido una gran influencia para mí.

Es de esperarse,

Now, that's not surprising.

I'm also Austrian, and I know that I sound a bit like Arnie, the Terminator.

pues soy austriaco y sé que eso les recuerda a Arnold en Terminator.

(Laughter)

(Risas)

El tejido muscular biológico es una obra maestra de la evolución.

Biological muscle is a true masterpiece of evolution.

It can heal after damage

Puede sanarse a sí mismo y está integrado por neuronas sensitivas

and it's tightly integrated with sensory neurons

for feedback on motion and the environment.

que retroalimentan su movimiento e interacción.

It can contract fast enough to power the high-speed wings

Se contrae tan rápido como para impulsar el aleteo de un colibrí,

of a hummingbird;

it can grow strong enough to move an elephant;

puede ser tan fuerte como el de un elefante,

and it's adaptable enough to be used in the extremely versatile arms

y es tan adaptable y versátil como los brazos de un pulpo,

of an octopus,

an animal that can squeeze its entire body through tiny holes.

animal que puede pasar su cuerpo por pequeños orificios.

Actuators are for robots what muscles are for animals:

Los "actuadores" son a los robots lo que los músculos a los animales:

key components of the body

partes elementales del cuerpo

that enable movement and interaction with the world.

que permiten el movimiento e interacción con el mundo.

So if we could build soft actuators,

Si pudiéramos construir actuadores blandos,

or artificial muscles,

o músculos artificiales, que sean versátiles, adaptables

that are as versatile, adaptable

and could have the same performance as the real thing,

y puedan tener el mismo desempeño que los músculos reales,

we could build almost any type of robot

podríamos construir cualquier tipo de robot para casi cualquier situación.

for almost any type of use.

Not surprisingly, people have tried for many decades

Sabemos que la gente ha intentado por muchos años

to replicate the astonishing capabilities of muscle,

igualar las asombrosas capacidades del músculo, pero es muy difícil.

but it's been really hard.

About 10 years ago,

Hace diez años, cuando hice mi doctorado en Austria,

when I did my PhD back in Austria,

my colleagues and I rediscovered

mis colegas y yo redescubrimos

what is likely one of the very first publications on artificial muscle,

posiblemente una de las primeras publicaciones sobre músculos artificiales,

del año 1880.

published in 1880.

"Sobre los cambios de forma y volumen de los cuerpos dieléctricos

"On the shape and volume changes of dielectric bodies

caused by electricity,"

causados por la electricidad"

published by German physicist Wilhelm Röntgen.

fue escrita por el físico alemán Wilhelm Röntgen.

Most of you know him as the discoverer of the X-ray.

La mayoría de Uds. lo conoce como el descubridor de los rayos X.

Following his instructions, we used a pair of needles.

Seguimos sus instrucciones y tomamos dos agujas.

We connected it to a high-voltage source,

Las conectamos a una fuente de alto voltaje

and we placed it near a transparent piece of rubber

y las colocamos cerca de una pieza de goma transparente

that was prestretched onto a plastic frame.

a la que se le dio forma de bolsa de plástico.

When we switched on the voltage,

Cuando encendimos la corriente, la goma se deformó.

the rubber deformed,

and just like our biceps flexes our arm,

Así como los bíceps flexionan nuestro brazo,

the rubber flexed the plastic frame.

la goma flexionó la bolsa de plástico.

It looks like magic.

Parece magia; las agujas ni siquiera tocan la goma.

The needles don't even touch the rubber.

Now, having two such needles is not a practical way

Aunque usar agujas no es un método práctico

of operating artificial muscles,

para operar músculos artificiales.

but this amazing experiment got me hooked on the topic.

Pero me obsesioné con el tema de este increíble experimento.

I wanted to create new ways to build artificial muscles

Quería crear nuevas formas de construir músculos artificiales

that would work well for real-world applications.

que funcionaran bien en situaciones reales.

For the next years, I worked on a number of different technologies

Los siguientes años trabajé con distintas tecnologías prometedoras,

that all showed promise,

but they all had remaining challenges that are hard to overcome.

pero todas continúan planteando retos difíciles de superar.

In 2015,

En 2015, cuando fundé mi laboratorio en la Universidad de Colorado en Boulder,

when I started my own lab at CU Boulder,

I wanted to try an entirely new idea.

quería probar una idea totalmente nueva.

Quería combinar la alta velocidad y eficiencia de los actuadores eléctricos

I wanted to combine the high speed and efficiency

of electrically driven actuators

con la versatilidad y suavidad de los actuadores en medio líquido.

with the versatility of soft, fluidic actuators.

Therefore, I thought,

Por lo tanto, pensé que podría usar viejos conocimientos de una nueva manera.

maybe I can try using really old science in a new way.

El diagrama que ven aquí

The diagram you see here

shows an effect called Maxwell stress.

muestra un efecto llamado el tensor de Maxwell.

When you take two metal plates

Cuando ponen dos placas de metal

and place them in a container filled with oil,

en un contenedor lleno de aceite y encienden la corriente,

and then switch on a voltage,

the Maxwell stress forces the oil up in between the two plates,

el efecto de Maxwell hace subir el aceite entre las dos placas,

and that's what you see here.

que es lo que están observando.

So the key idea was,

La cuestión era: ¿podemos usar este efecto para manipular aceite

can we use this effect to push around oil

contained in soft stretchy structures?

en el interior de estructuras elásticas?

And indeed, this worked surprisingly well,

De hecho, funciona muy bien, siendo honesto, mejor de lo que esperaba.

quite honestly, much better than I expected.

Together with my outstanding team of students,

Yo y mis destacados estudiantes usamos esta idea como punto de partida

we used this idea as a starting point

to develop a new technology called HASEL artificial muscles.

para desarrollar una nueva tecnología llamada "músculos artificiales HASEL".

HASELs are gentle enough to pick up a raspberry

Son tan delicados que pueden tomar una frambuesa sin dañarla.

without damaging it.

They can expand and contract like real muscle.

Se pueden expandir y contraer como músculos reales

And they can be operated faster than the real thing.

y pueden funcionar más rápido que ellos.

They can also be scaled up to deliver large forces.

Pueden agrandarse para lograr grandes esfuerzos.

Here you see them lifting a gallon filled with water.

Aquí pueden ver cómo levantan cuatro litros de agua.

Pueden operar un brazo robótico e incluso calcular su posición.

They can be used to drive a robotic arm,

and they can even self-sense their position.

HASELs can be used for very precise movement,

Los músculos HASEL pueden realizar movimientos precisos.

but they can also deliver very fluidic, muscle-like movement

También pueden lograr movimientos fluidos

and bursts of power to shoot up a ball into the air.

y ráfagas de poder para lanzar una pelota al aire.

When submerged in oil,

Al sumergirlos en aceite,

HASEL artificial muscles can be made invisible.

los músculos HASEL se hacen invisibles.

So how do HASEL artificial muscles work?

Pero ¿cómo funcionan?

You might be surprised.

Se sorprenderán.

They're based on very inexpensive, easily available materials.

Están hechos con materiales muy baratos y asequibles.

You can even try, and I recommend it,

Incluso pueden probar, se los recomiendo, la idea básica en casa.

the main principle at home.

Take a few Ziploc bags and fill them with olive oil.

Llenen algunas bolsas Ziploc con aceite de oliva.

Try to push out air bubbles as much as you can.

Saquen todas las burbujas de aire que puedan.

Now take a glass plate and place it on one side of the bag.

Luego, coloquen una charola de cristal a un lado de la bolsa.

When you press down, you see the bag contract.

Al presionar, verán cómo la bolsa se contrae.

Now the amount of contraction is easy to control.

El nivel de contracción es fácil de controlar.

When you take a small weight, you get a small contraction.

Si aplican un peso ligero, tendrán una contracción leve.

With a medium weight, we get a medium contraction.

Con un peso medio, tenemos una contracción media.

Y con un gran peso, tenemos una gran contracción.

And with a large weight, you get a large contraction.

En los músculos HASEL, cambiamos la fuerza de la mano o el peso

Now for HASELs, the only change is to replace the force of your hand

or the weight with an electrical force.

por una corriente eléctrica.

HASEL stands for "hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators."

HASEL significa "Hydraulically Amplified Self-Healing Electrostatic Actuators".

Here you see a geometry called Peano-HASEL actuators,

Aquí pueden ver el esquema de un actuador Peano-HASEL,

uno entre muchos posibles diseños.

one of many possible designs.

Again, you take a flexible polymer such as our Ziploc bag,

De nuevo, toman un polímero flexible, como una bolsa Ziploc,

you fill it with an insulating liquid, such as olive oil,

lo llenan con un líquido aislante, como aceite de oliva,

and now, instead of the glass plate,

y en lugar de una charola de cristal

you place an electrical conductor on one side of the pouch.

colocan un conductor en un lado de la bolsa.

To create something that looks more like a muscle fiber,

Para crear algo que luzca como una fibra muscular,

you can connect a few pouches together

pueden unir varias bolsas y agregar peso en un lado.

and attached a weight on one side.

Next, we apply voltage.

Luego, aplicamos el voltaje.

Now, the electric field starts acting on the liquid.

El campo eléctrico comienza a actuar en el líquido.

It displaces the liquid,

Desplaza el líquido y contrae el músculo.

and it forces the muscle to contract.

Here you see a completed Peano-HASEL actuator

Aquí pueden ver un actuador Peano-HASEL terminado

and how it expands and contracts when voltage is applied.

y cómo se expande y contrae al aplicarle la corriente.

De lado, pueden ver cómo las bolsas toman una forma cilíndrica,

Viewed from the side,

you can really see those pouches take a more cylindrical shape,

such as we saw with the Ziploc bags.

como lo vimos con la bolsa Ziploc.

We can also place a few such muscle fibers next to each other

Incluso podemos colocar varias fibras musculares juntas

to create something that looks even more like a muscle

para crear algo que se parezca más a un músculo real

that also contracts and expands in cross section.

que se contrae y expande por secciones.

These HASELs here are lifting a weight that's about 200 times heavier

Estos de aquí están levantando unas 200 veces su propio peso.

than their own weight.

Here you see one of our newest designs, called quadrant donut HASELs

Aquí pueden ver uno de nuestros diseños más recientes,

"Quadrant Donut HASEL", y cómo se expande y contrae.

and how they expand and contract.

They can be operated incredibly fast, reaching superhuman speeds.

Puede funcionar muy rápido y alcanzar velocidades superhumanas.

They are even powerful enough to jump off the ground.

Es tan poderoso como para elevarse del suelo.

(Laughter)

(Risas)

Overall, HASELs show promise to become the first technology

En resumen, los músculos HASEL podrían ser la primera tecnología

that matches or exceeds the performance of biological muscle

que empate o supere el desempeño del tejido muscular biológico

while being compatible with large-scale manufacturing.

y que se produzca a gran escala.

This is also a very young technology. We are just getting started.

Es una tecnología muy reciente, apenas estamos comenzando.

Tenemos muchas ideas para implementar mejoras,

We have many ideas how to drastically improve performance,

using new materials and new designs to reach a level of performance

como nuevos materiales y diseños para alcanzar el siguiente nivel

que supere al tejido muscular biológico y a los motores eléctricos tradicionales.

beyond biological muscle and also beyond traditional rigid electric motors.

Moving towards more complex designs of HASEL for bio-inspired robotics,

Como diseño más complejo de robot HASEL inspirado en la naturaleza,

here you see our artificial scorpion

aquí ven nuestro escorpión artificial usando su cola para cazar una presa,

that can use its tail to hunt prey,

in this case, a rubber balloon.

en este caso, un globo con aire.

(Laughter)

(Risas)

Going back to our initial inspiration,

Retomando nuestra inspiración inicial,

the versatility of octopus arms and elephant trunks,

la versatilidad de los músculos del pulpo y del elefante,

we are now able to build soft continuum actuators

hoy somos capaces de construir actuadores blandos subsecuentes

that come closer and closer to the capabilities of the real thing.

cuyas capacidades se aproximan cada vez más a las del músculo real.

I am most excited about the practical applications

Las aplicaciones prácticas de los músculos HASEL son lo que más me entusiasma.

of HASEL artificial muscles.

They'll enable soft robotic devices

Harán posible la creación de dispositivos robóticos blandos

that can improve the quality of life.

que mejoren la calidad de vida.

Soft robotics will enable a new generation of more lifelike prosthetics

Estos dispositivos darán lugar a una nueva generación de prótesis

para personas que han perdido alguna extremidad.

for people who have lost parts of their bodies.

Here you see some HASELs in my lab,

Aquí pueden ver algunas de ellas en mi laboratorio.

early testing, driving a prosthetic finger.

Son las primeras pruebas de un dedo artificial.

One day, we may even merge our bodies with robotic parts.

Tal vez algún día podamos integrar a nuestro cuerpo partes robóticas.

I know that sounds very scary at first.

Sé que suena un poco tétrico.

But when I think about my grandparents

Pero cuando pienso en mis abuelos

and the way they become more dependent on others

y en cómo se vuelven más dependientes de otros

to perform simple everyday tasks such as using the restroom alone,

para una simple tarea, como usar el baño,

they often feel like they're becoming a burden.

deben sentirse como una carga.

With soft robotics, we will be able to enhance and restore

Con estos dispositivos podríamos restablecer y mejorar

agility and dexterity,

la agilidad y destreza,

and thereby help older people maintain autonomy

y así ayudar a los mayores a mantener su autonomía por más tiempo.

for longer parts of their lives.

Maybe we can call that "robotics for antiaging"

Tal vez podamos llamarlos "robots antiedad"

(Risas)

o incluso el siguiente paso en la evolución humana.

or even a next stage of human evolution.

Unlike their traditional rigid counterparts,

A diferencia de sus contrapartes rígidas,

soft life-like robots will safely operate near people and help us at home.

los robots blandos serán seguros y podrán ayudarnos en casa.

Soft robotics is a very young field. We're just getting started.

Es un área muy nueva, apenas estamos comenzando.

I hope that many young people from many different backgrounds

Espero que muchas personas de todas partes

join us on this exciting journey

se nos unan en este viaje asombroso

and help shape the future of robotics

y nos ayuden a forjar el futuro de la robótica

by introducing new concepts inspired by nature.

con nuevas ideas inspiradas en la naturaleza.

If we do this right,

Si lo hacemos bien, podemos mejorar la calidad de vida para todo el mundo.

we can improve the quality of life

for all of us.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)