The incredible potential of flexible, soft robots | Giada Gerboni

Translator: sadegh zabihi Reviewer: Mary Jane

So, robots.

خوب، روبات‌ها.

Robots can be programmed

روبات‌ها می‌توانند برنامه‌ریزی شوند

to do the same task millions of times with minimal error,

تا یک وظیفه را میلیون‌ها بار با حداقل خطا انجام دهند،

something very difficult for us, right?

کاری که برای ما خیلی دشوار است، نه؟

And it can be very impressive to watch them at work.

و تماشای آنها حین کار هم می‌تواند خیلی تاثیرگذار باشد.

Look at them.

نگاه کنید.

I could watch them for hours.

من می‌توانم ساعت‌ها به آنها نگاه کنم.

No?

نه؟

What is less impressive

چیزی که کمتر تاثیرگذار است،

is that if you take these robots out of the factories,

این است که اگر این روبات‌ها را از کارخانه بیرون بیاورید،

where the environments are not perfectly known and measured like here,

و جایی ببرید که محیط مثل اینجا کاملا شناخته شده و اندازه‌گیری شده نیست،

to do even a simple task which doesn't require much precision,

برای انجام یک کار که دقت بالایی هم لازم ندارد،

this is what can happen.

ممکن است چنین اتفاقی بیفتد.

I mean, opening a door, you don't require much precision.

منظورم این است که باز کردن یک در که دقت چندانی نمی‌خواهد.

(Laughter)

(خنده)

Or a small error in the measurements,

یا خطایی کوچک در محاسبات،

he misses the valve, and that's it --

و شیر را از دست داد، بفرمایید --

(Laughter)

(خنده)

with no way of recovering, most of the time.

بیشتر اوقات هیچ راهی هم برای جبران نیست.

So why is that?

خب دلیل آن چیست؟

Well, for many years,

خوب، برای چندین سال،

robots have been designed to emphasize speed and precision,

روبات‌ها با تاکید بر سرعت و دقت طراحی شده‌اند،

and this translates into a very specific architecture.

و این موضوع در ساختار خیلی خاصی ترجمه می‌شود.

If you take a robot arm,

اگر یک دست روباتی را بردارید،

it's a very well-defined set of rigid links

مجموعه به دقت چیده‌شده‌ای از اتصالات،

and motors, what we call actuators,

و موتورهاست، که ما عملگر می‌نامیم،

they move the links about the joints.

آنها اتصالات را حول مفصل حرکت می‌دهند.

In this robotic structure,

در این ساختار روباتیک،

you have to perfectly measure your environment,

باید محیط را به دقت اندازه بگیرید،

so what is around,

تا بدانید چه چیزی در محیط هست،

and you have to perfectly program every movement

و باید هر حرکت مفصل‌های روبات را

of the robot joints,

کاملا برنامه‌ریزی کنید،

because a small error can generate a very large fault,

زیرا خطایی کوچک، می‌تواند شکستی بزرگ به بار بیاورد،

so you can damage something or you can get your robot damaged

که به چیزی آسیب بزنید یا به ربات‌تان آسیب بزنید

if something is harder.

اگر به چیزی سخت‌تر بخورد.

So let's talk about them a moment.

پس بیایید کمی درباره آنها صحبت کنیم.

And don't think about the brains of these robots

و به مغز این روبات‌ها فکر نکنید

or how carefully we program them,

یا اینکه ما چقدر با دقت آنها را برنامه نویسی می‌کنیم،

but rather look at their bodies.

اما به جای آن به بدن آنها نگاه کنید.

There is obviously something wrong with it,

به وضوح مشکلی در آن هست،

because what makes a robot precise and strong

چون چیزی که یک روبات را دقیق و قوی می‌کند

also makes them ridiculously dangerous and ineffective in the real world,

در دنیای واقعی آنها را به طرز مسخره‌ای خطرناک و بی‌اثر می‌کند،

because their body cannot deform

چون بدن آنها نمی‌تواند تغییر شکل بدهد

or better adjust to the interaction with the real world.

یا تنظیم شود تا با دنیای واقعی بهتر تعامل کند.

So think about the opposite approach,

پس از جهت مخالف به آن نگاه کنید،

being softer than anything else around you.

که نرم‌تر از همه چیزهای اطراف‌تان باشند.

Well, maybe you think that you're not really able to do anything if you're soft,

خوب، شاید فکر کنید اگر نرم باشید واقعا قادر به انجام هیچ کاری نباشید،

probably.

احتمالا.

Well, nature teaches us the opposite.

خوب، طبیعت خلاف آن را به ما یاد داده است.

For example, at the bottom of the ocean,

برای مثال، در کف اقیانوس،

under thousands of pounds of hydrostatic pressure,

زیر هزاران کیلوگرم فشار هیدرواستاتیک،

a completely soft animal

جانوری کاملاً نرم

can move and interact with a much stiffer object than him.

می‌تواند حرکت کند و با چیزی به مراتب سخت‌تر از خودش تعامل کند.

He walks by carrying around this coconut shell

او با حمل این پوست نارگیل حرکت می‌کند

thanks to the flexibility of his tentacles,

به لطف انعطاف‌پذیری بازوچه‌هایش،

which serve as both his feet and hands.

که به عنوان دست و پای او عمل می‌کنند.

And apparently, an octopus can also open a jar.

و ظاهراً، یک اختاپوس هم می‌تواند سر یک شیشه را باز کند.

It's pretty impressive, right?

خیلی تاثیرگذار است، نه؟

But clearly, this is not enabled just by the brain of this animal,

اما مشخص است که این فقط به خاطر مغز این حیوان ممکن نشده است،

but also by his body,

بلکه به خاطر بدن او هم هست،

and it's a clear example, maybe the clearest example,

و این مثالی مشخص، یا شاید مشخص‌ترین مثال است،

of embodied intelligence,

از هوش مجسم،

which is a kind of intelligence that all living organisms have.

که گونه‌ای از هوش است که تمام موجودات زنده دارند.

We all have that.

همه ما آن را داریم.

Our body, its shape, material and structure,

بدن ما، شکل، جنس و ساختار آن،

plays a fundamental role during a physical task,

نفشی اساسی در یک کار فیزیکی بازی می‌کند،

because we can conform to our environment

چون می‌توانیم با محیط اطرافمان تطابق پیدا کنیم

so we can succeed in a large variety of situations

تا بتوانیم در محدوده وسیعی از شرایط موفق باشیم

without much planning or calculations ahead.

بدون اینکه نقشه‌ای بچینیم یا محاسبه‌ای بکنیم.

So why don't we put some of this embodied intelligence

پس چرا بخشی از هوش مجسم را

into our robotic machines,

در ماشین‌های روباتیک قرار ندهیم،

to release them from relying on excessive work

تا آنها را از تکیه بر کار بیش از حد

on computation and sensing?

در محاسبات و حس کردن رها کنیم؟

Well, to do that, we can follow the strategy of nature,

خوب، برای این کار، می‌توانیم از استراتژی طبیعت پیروی کنیم،

because with evolution, she's done a pretty good job

زیرا با تکامل، کار بسیار خوبی انجام داده است

in designing machines for environment interaction.

در طراحی ماشین‌ها برای تعامل با محیط.

And it's easy to notice that nature uses soft material frequently

و ساده می‌توان فهمید که طبیعت از مواد نرم به کرات

and stiff material sparingly.

و از مواد سخت به ندرت استفاده می‌کند.

And this is what is done in this new field of robotics,

و این کاری است که در این زمینه جدید روباتیک انجام شده است،

which is called "soft robotics,"

که «روباتیک نرم» نام دارد،

in which the main objective is not to make super-precise machines,

که در آن هدف اصلی ساختن دستگاه‌های فوق دقیق نیست،

because we've already got them,

چون این کار را که کرده‌ایم،

but to make robots able to face unexpected situations in the real world,

بلکه برای اینکه روبات‌ها بتوانند با شرایط غیرمنتظره روبرو شوند،

so able to go out there.

تا بتوانند وارد دنیای خارج شوند.

And what makes a robot soft is first of all its compliant body,

و چیزی که باعث نرمی یک روبات می‌شود اول سازگاری بدن آن است،

which is made of materials or structures that can undergo very large deformations,

که از مواد یا ساختارهایی ساخته شده که می‌توانند تغییر شکل‌های خیلی زیاد را دوام بیاورند،

so no more rigid links,

پس دیگر اتصالات صلب نداریم،

and secondly, to move them, we use what we call distributed actuation,

و دوم اینکه برای حرکت دادن آنها، از چیزی استفاده می‌کنیم به نام تحریک توزیع شده،

so we have to control continuously the shape of this very deformable body,

تا بتوانیم به طور پیوسته شکل این بدن شکل پذیر را کنترل کنیم،

which has the effect of having a lot of links and joints,

که اثری مانند داشتن تعداد زیادی اتصال و مفصل دارد،

but we don't have any stiff structure at all.

اما هیچ ساختار سختی در آن نیست.

So you can imagine that building a soft robot is a very different process

پس می‌توانید تصور کنید که ساختن یک روبات نرم فرآیندی بسیار متفاوت است

than stiff robotics, where you have links, gears, screws

از روبات‌های سخت، که اتصال و دنده و پیچ دارند

that you must combine in a very defined way.

و باید به صورت کاملا مشخصی با هم ترکیب شوند.

In soft robots, you just build your actuator from scratch

در روبات‌های نرم، بیشتر اوقات

فقط محرک را از پایه می‌سازید،

most of the time,

but you shape your flexible material

اما ماده انعطاف‌پذیر را طوری شکل می‌دهید

to the form that responds to a certain input.

که به ورودی مشخصی واکنش بدهد.

For example, here, you can just deform a structure

برای مثال، اینجا، می‌توانید فقط یک ساختار را تغییر شکل بدهید

doing a fairly complex shape

که شکلی نسبتاً پیچیده دارد

if you think about doing the same with rigid links and joints,

اگر بخواهید همین کار را با اتصالات و مفصل‌های صلب انجام دهید،

and here, what you use is just one input,

و اینجا، آنچه استفاده می‌کنید فقط یک ورودی است،

such as air pressure.

مثل فشار هوا.

OK, but let's see some cool examples of soft robots.

خوب، اما بیایید چند مثال باحال از روبات‌های نرم ببینیم.

Here is a little cute guy developed at Harvard University,

اینجا یک آقا کوچولوی بامزه داریم که در دانشگاه هاروارد ساخته شده،

and he walks thanks to waves of pressure applied along its body,

و او به لطف جریان‌های فشاری که در بدنش اعمال می‌شود حرکت می‌کند،

and thanks to the flexibility, he can also sneak under a low bridge,

و به لطف انعطاف پذیری، او همچنین می‌تواند زیر یک پل کوتاه بخزد،

keep walking,

و به راه رفتن ادامه دهد،

and then keep walking a little bit different afterwards.

و بعد کمی متفاوت به راه رفتن ادامه دهد.

And it's a very preliminary prototype,

و این یک نمونه خیلی ابتدایی است،

but they also built a more robust version with power on board

اما آنها همچنین یک نمونه خیلی محکم‌تر توان سرخود هم ساخته‌اند

that can actually be sent out in the world and face real-world interactions

که واقعا می‌تواند به جهان بیرون فرستاده شود و با مسائل آن روبرو شود

like a car passing it over it ...

مثل اینکه یک ماشین از روی آن رد بشود ...

and keep working.

و به کار ادامه بدهد.

It's cute.

بامزه است.

(Laughter)

(خنده)

Or a robotic fish, which swims like a real fish does in water

یا یک ماهی روباتیک، که مثل یک ماهی واقعی در آب شنا می‌کند

simply because it has a soft tail with distributed actuation

صرفا به این دلیل که دمی نرم با محرک توزیع شده دارد

using still air pressure.

که هنوز هم فشار هوا است.

That was from MIT,

این از MIT بود،

and of course, we have a robotic octopus.

و البته یک اختاپوس روباتیک داریم.

This was actually one of the first projects

این درواقع یکی از اولین پروژه‌هایی است

developed in this new field of soft robots.

که در این زمینه جدید روبات‌های نرم ساخته شده است.

Here, you see the artificial tentacle,

اینجا، بازوچه مصنوعی را می‌بینید،

but they actually built an entire machine with several tentacles

اما آنها در واقع کل یک ماشین را با چندین بازوچه ساخته‌اند

they could just throw in the water,

آنها می‌توانستند آن را در آب بیندازند،

and you see that it can kind of go around and do submarine exploration

و می‌بینید که می‌تواند به نوعی به اطراف برود و کاوش‌های زیردریایی انجام دهد

in a different way than rigid robots would do.

به روشی متفاوت از روبات‌های صلب.

But this is very important for delicate environments, such as coral reefs.

اما این برای محیط‌های ظریف مانند صخره‌های مرجانی خیلی مهم است.

Let's go back to the ground.

بیایید به زمین برگردیم.

Here, you see the view

اینجا منظره‌ای می‌بینید

from a growing robot developed by my colleagues in Stanford.

از روباتی در حال رشد که من و همکارانم در استنفورد ساخته‌ایم.

You see the camera fixed on top.

می‌بینید که دوربین در بالا ثابت شده.

And this robot is particular,

و این روبات خاص است،

because using air pressure, it grows from the tip,

چون با استفاده از فشار هوا، از سر رشد می‌کند،

while the rest of the body stays in firm contact with the environment.

در حالی که باقی بدن در تماس با محیط محکم باقی می‌ماند.

And this is inspired by plants, not animals,

و این از گیاهان الهام گرفته شده، نه حیوانات،

which grows via the material in a similar manner

که بوسیله مواد به صورتی مشابه رشد می‌کند

so it can face a pretty large variety of situations.

تا بتواند با گستره وسیعی از موقعیت‌ها مواجه شود.

But I'm a biomedical engineer,

اما من یک مهندس بیومدیکال هستم،

and perhaps the application I like the most

و شاید کاربردی که من بیش از همه به آن علاقه دارم

is in the medical field,

زمینه پزشکی است،

and it's very difficult to imagine a closer interaction with the human body

و دشوار بتوان تعاملی نزدیکتر با بدن انسان تصور کرد

than actually going inside the body,

از اینکه واقعا به درون بدن برویم،

for example, to perform a minimally invasive procedure.

برای مثال، برای انجام یک عمل کوچک تهاجمی.

And here, robots can be very helpful with the surgeon,

و اینجا، روبات‌ها می‌توانند برای جراح خیلی مفید باشند،

because they must enter the body

چون آنها باید

using small holes and straight instruments,

با استفاده از سوراخ‌های کوچک و ابزار مستقیم وارد بدن شوند،

and these instruments must interact with very delicate structures

و این ابزارها باید با ساختارهای بسیار ظریفی تعامل کنند

in a very uncertain environment,

در محیطی بسیار متغیر،

and this must be done safely.

و این کار باید ایمن انجام شود.

Also bringing the camera inside the body,

بنابراین بردن دوربین درون بدن،

so bringing the eyes of the surgeon inside the surgical field

یعنی بردن چشمان جراح به منطقه مورد جراحی

can be very challenging if you use a rigid stick,

خیلی چالش‌برانگیز خواهد بود اگر از یک تکه صلب استفاده کنید،

like a classic endoscope.

مثل اندوسکوپ کلاسیک.

With my previous research group in Europe,

با گروه تحقیقاتی قبلی‌ام در اروپا،

we developed this soft camera robot for surgery,

این روبات دوربین‌دار نرم را برای جراحی ساختیم،

which is very different from a classic endoscope,

که خیلی با یک اندوسکوپ کلاسیک متفاوت است،

which can move thanks to the flexibility of the module

که می‌تواند به لطف انعطاف‌پذیری قطعات حرکت کند

that can bend in every direction and also elongate.

که می‌تواند در هر جهتی خم شود و همچنین تغییر طول بدهد.

And this was actually used by surgeons to see what they were doing

و این در واقع توسط جراحان استفاده شد تا ببینند چه کار دارند می‌کنند

with other instruments from different points of view,

با ابزارهای دیگری از نقطه‌نظرهای دیگر،

without caring that much about what was touched around.

بدون توجه زیادی به اینکه چه چیزی در اطراف لمس می‌شود.

And here you see the soft robot in action,

و اینجا روبات نرم را در حین کار می‌بینید،

and it just goes inside.

و فقط به داخل می‌رود.

This is a body simulator, not a real human body.

این یک شبیه‌ساز بدن است، نه یک بدن واقعی.

It goes around.

به اطراف می‌رود.

You have a light, because usually,

یک نور دارید، چون معمولا،

you don't have too many lights inside your body.

درون بدن‌تان نور زیادی نیست.

We hope.

امیدواریم.

(Laughter)

(خنده)

But sometimes, a surgical procedure can even be done using a single needle,

اما گاهی یک عمل جراحی می‌تواند تنها با استفاده از یک سوزن انجام شود،

and in Stanford now, we are working on a very flexible needle,

و حالا در استنفورد، روی یک سوزن خیلی انعطاف‌پذیر کار می‌کنیم،

kind of a very tiny soft robot

به نوعی یک روبات نرم خیلی کوچک

which is mechanically designed to use the interaction with the tissues

که از نظر مکانیکی برای تعامل با بافت‌ها

and steer around inside a solid organ.

و رفتن درون یک اندام جامد طراحی شده است.

This makes it possible to reach many different targets, such as tumors,

این رسیدن به اهداف مختلفی را ممکن می‌سازد، مثل تومورها،

deep inside a solid organ

در اعماق یک اندام جامد

by using one single insertion point.

با استفاده از تنها یک نقطه دخول.

And you can even steer around the structure that you want to avoid

و می‌توانید حتی ساختاری که در راه رسیدن به هدف

on the way to the target.

می‌خواهید از آن اجتناب کنید را دور بزنید.

So clearly, this is a pretty exciting time for robotics.

پس روشن است، که این زمانی بسیار هیجان‌انگیز برای روباتیک است.

We have robots that have to deal with soft structures,

روبات‌هایی داریم که باید با ساختارهای نرم کار کنند،

so this poses new and very challenging questions

پس این سوالات تازه و بسیار چالشی را

for the robotics community,

برای جامعه روباتیک برمی‌انگیزد،

and indeed, we are just starting to learn how to control,

و البته، تازه در حال شروع به یادگیری کنترل،

how to put sensors on these very flexible structures.

و قرار دادن حسگرها روی این ساختارهای بسیار انعطاف‌پذیر هستیم.

But of course, we are not even close to what nature figured out

اما البته، حتی نزدیک هم نیستیم

به آنچه طبیعت در طول میلیون‌ها سال تکامل به آن دست یافته.

in millions of years of evolution.

But one thing I know for sure:

اما از یک چیز مطمئن هستم:

robots will be softer and safer,

روبات‌ها نرم‌تر و امن‌تر خواهند شد،

and they will be out there helping people.

و به کمک مردم خواهند آمد.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق)