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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Traducteur: Armel KPAKPO Relecteur: eric vautier

En 2015, 25 équipes à travers le monde

In 2015, 25 teams from around the world

ont concouru pour construire des robots sauveteurs,

competed to build robots for disaster response

that could perform a number of tasks,

capables d'exécuter certaines tâches,

such as using a power tool,

comme utiliser un outil électrique,

working on uneven terrain

travailler sur un terrain accidenté

and driving a car.

et conduire un véhicule.

That all sounds impressive, and it is,

Tout ça a l'air impressionnant, et c'est le cas,

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

mais regardez la structure du robot gagnant, HUBO.

Ici, HUBO essaie de sortir d'une voiture,

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

and keep in mind,

et gardez en mémoire,

the video is sped up three times.

la vidéo est accélérée trois fois.

(Rires)

(Laughter)

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

HUBO, créé par KAIST en Corée, est à la pointe de la technologie

with impressive capabilities,

avec des capacités impressionnantes,

but this body doesn't look all that different

mais ce corps n'a pas l'air si différent

from robots we've seen a few decades ago.

des autres robots qu'on a vus il y a quelques décennies.

If you look at the other robots in the competition,

Si vous regardez les autres robots de la compétition,

leurs mouvements ont aussi l'air très robotiques.

their movements also still look, well, very robotic.

Leurs corps sont faits de structures mécaniques

Their bodies are complex mechanical structures

using rigid materials

tels que le métal et des moteurs traditionnels électriques rigides.

such as metal and traditional rigid electric motors.

They certainly weren't designed

to be low-cost, safe near people

pour être bon marché, sûrs

and adaptable to unpredictable challenges.

et faciles à adapter à des défis imprévisibles.

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

Nous avons bien progressé avec les cerveaux des robots,

mais leurs corps sont encore primitifs.

but their bodies are still primitive.

This is my daughter Nadia.

Voici ma fille Nadia.

She's only five years old

Elle a seulement cinq ans

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

et peut sortir de la voiture plus rapidement que HUBO.

(Laughter)

(Rires)

She can also swing around on monkey bars with ease,

Elle peut aussi se balancer sur les barres de singe facilement,

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

beaucoup mieux que n'importe quel robot humanoïde.

In contrast to HUBO,

Contrairement à HUBO,

the human body makes extensive use of soft and deformable materials

le corps humain utilise constamment des matériaux souples et déformables

such as muscle and skin.

tels que le muscle et la peau.

We need a new generation of robot bodies

Il faut une nouvelle génération de corps de robot

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

inspirée par l'élégance, l'efficacité et la souplesse

of the designs found in nature.

des designs trouvés dans la nature.

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

Et en effet, cela est devenu l'idée clé d'un nouveau domaine de recherche

called soft robotics.

appelé la robotique souple.

My research group and collaborators around the world

Mon groupe de recherche et mes collaborateurs dans le monde

are using soft components inspired by muscle and skin

utilisent des composants flexibles inspirés des muscles et de la peau

to build robots with agility and dexterity

pour fabriquer des robots agiles et habiles

that comes closer and closer

qui sont de plus en plus proches

to the astonishing capabilities of the organisms found in nature.

des capacités impressionnantes des organismes naturels.

I've always been particularly inspired by biological muscle.

J'ai toujours été particulièrement inspiré par les muscles biologiques.

Now, that's not surprising.

Ce n'est pas surprenant.

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

Je suis aussi autrichien, et je sais que je parle un peu comme Arnie, le Terminator

(Laughter)

(Rires)

Le muscle biologique est un vrai chef-d’œuvre de l’évolution.

Biological muscle is a true masterpiece of evolution.

Il peut guérir après un dommage

It can heal after damage

and it's tightly integrated with sensory neurons

et il est étroitement intégré avec des neurones sensoriels

for feedback on motion and the environment.

pour la rétroaction sur le mouvement et l'environnement.

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

Il peut se contracter rapidement pour le battement rapide des ailes d'un colibri ;

of a hummingbird;

il peut devenir assez fort pour déplacer un éléphant;

it can grow strong enough to move an elephant;

et il est suffisamment adaptable pour les bras extrêmement polyvalents

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

of an octopus,

d'une pieuvre,

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

un animal qui peut comprimer son corps à travers de minuscules trous.

Actuators are for robots what muscles are for animals:

Les actionneurs sont pour les robots ce que les muscles sont pour les animaux :

les acteurs clés du corps

key components of the body

qui permettent le mouvement et l'interaction avec le monde.

that enable movement and interaction with the world.

So if we could build soft actuators,

Donc, si nous pouvions construire des actionneurs souples,

or artificial muscles,

ou des muscles artificiels,

that are as versatile, adaptable

qui soient aussi polyvalents et adaptables,

and could have the same performance as the real thing,

avec les mêmes performances que les vrais,

we could build almost any type of robot

nous pourrions construire presque tout type de robot

for almost any type of use.

pour presque tous les types d'usages.

Not surprisingly, people have tried for many decades

Sans surprise, les gens ont essayé pendant de nombreuses décennies

to replicate the astonishing capabilities of muscle,

de reproduire les capacités impressionnantes du muscle,

but it's been really hard.

mais cela a été très difficile.

About 10 years ago,

Il y a environ 10 ans,

quand j'ai fait mon doctorat en Autriche,

when I did my PhD back in Austria,

my colleagues and I rediscovered

mes collègues et moi avons redécouvert

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

ce qui est probablement l'une des toutes premières publications

sur le muscle artificiel, publiée en 1880.

published in 1880.

« Modifications de forme et de volume des corps diélectriques

"On the shape and volume changes of dielectric bodies

caused by electricity,"

causées par l'électricité »,

published by German physicist Wilhelm Röntgen.

publié par le physicien allemand Wilhelm Röntgen.

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

La plupart d'entre vous le connaissent pour sa découverte de la radiographie.

Suivant ses instructions, on a utilisé une paire d’aiguilles

Following his instructions, we used a pair of needles.

We connected it to a high-voltage source,

connectée à une source haute tension

and we placed it near a transparent piece of rubber

et posée près d’un morceau de caoutchouc transparent

that was prestretched onto a plastic frame.

pré-étiré sur un cadre en plastique.

When we switched on the voltage,

Une fois le courant allumé,

the rubber deformed,

le caoutchouc s'est déformé

and just like our biceps flexes our arm,

et tout comme nos biceps fléchissent nos bras,

the rubber flexed the plastic frame.

le caoutchouc a plié le cadre.

It looks like magic.

On dirait de la magie.

The needles don't even touch the rubber.

Les aiguilles ne touchent même pas le caoutchouc.

Now, having two such needles is not a practical way

Cependant, avec deux aiguilles, il n'est pas évident

of operating artificial muscles,

de faire fonctionner des muscles artificiels,

but this amazing experiment got me hooked on the topic.

mais cette incroyable expérience m'a attaché au sujet.

I wanted to create new ways to build artificial muscles

Je voulais innover pour la construction de muscles artificiels

that would work well for real-world applications.

qui pourraient fonctionner pour des applications réelles.

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

Les années suivantes, j'ai travaillé sur différentes technologies

that all showed promise,

qui étaient prometteuses,

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

mais qui présentaient toutes des défis difficiles à surmonter.

In 2015,

En 2015,

when I started my own lab at CU Boulder,

quand j'ai débuté mon laboratoire à la CU Boulder,

I wanted to try an entirely new idea.

je voulais tester une nouvelle idée.

I wanted to combine the high speed and efficiency

Je voulais combiner une vitesse élevée et l'efficacité

of electrically driven actuators

des actionneurs électriques,

with the versatility of soft, fluidic actuators.

avec des actionneurs polyvalents souples et fluides.

Therefore, I thought,

Par conséquent, j'ai pensé,

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

que je pourrais utiliser une science ancienne d'une nouvelle manière.

The diagram you see here

Le diagramme que vous voyez ici

shows an effect called Maxwell stress.

montre un effet appelé le stress de Maxwell.

When you take two metal plates

Quand deux plaques de métal

and place them in a container filled with oil,

sont placées dans un récipient d'huile,

and then switch on a voltage,

puis mises sous tension,

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

le stress de Maxwell force l'huile entre les deux plaques,

and that's what you see here.

et c'est ce que vous voyez ici.

So the key idea was,

L'idée principale était :

can we use this effect to push around oil

pouvons-nous utiliser cet effet pour déplacer l'huile

contained in soft stretchy structures?

contenue dans des structures extensibles ?

And indeed, this worked surprisingly well,

Et en effet, cela marche étonnamment bien.

quite honestly, much better than I expected.

Franchement, mieux que ce que je pensais.

Together with my outstanding team of students,

Avec ma remarquable équipe d'étudiants,

we used this idea as a starting point

on a utilisé cette idée de départ

to develop a new technology called HASEL artificial muscles.

pour développer une nouvelle technologie appelée muscles artificiels HASEL.

HASELs are gentle enough to pick up a raspberry

Les HASEL sont assez délicats pour prendre une framboise

without damaging it.

sans l'endommager.

They can expand and contract like real muscle.

Ils peuvent s'étendre et se contracter comme des vrai muscles.

And they can be operated faster than the real thing.

Et être commandés plus vite que les muscles réels.

They can also be scaled up to deliver large forces.

Ils peuvent être renforcés pour délivrer de grandes forces.

Here you see them lifting a gallon filled with water.

Ici vous pouvez les voir soulever un bidon rempli d'eau.

Ils peuvent être utilisés pour piloter un bras robot

They can be used to drive a robotic arm,

and they can even self-sense their position.

et ils peuvent même repérer leur position.

HASELs can be used for very precise movement,

Les HASEL peuvent être utilisés pour des mouvements très précis,

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

mais aussi pour des mouvements très fluides, semblables au muscle,

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

et augmenter de puissance pour tirer une balle en l'air.

When submerged in oil,

Plongés dans l'huile,

HASEL artificial muscles can be made invisible.

les muscles artificiels HASEL peuvent être rendus invisibles.

So how do HASEL artificial muscles work?

Alors comment marchent les HASEL ?

You might be surprised.

Vous serez peut-être surpris.

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

Ils sont basés sur des matériaux disponibles et peu coûteux.

You can even try, and I recommend it,

Vous pouvez même essayer, et je le conseille,

the main principle at home.

le principe de base chez vous.

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

Prenez des sacs zippés et remplissez-les d'huile d'olive.

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

Retirez les bulles d'air si possible.

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

Maintenant, placez un support en verre d'un côté du sac.

When you press down, you see the bag contract.

Quand vous appuyez, le sac se contracte.

Now the amount of contraction is easy to control.

Le niveau de contraction est facile à contrôler.

Quand vous prenez un poids léger, vous avez une petite contraction.

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

With a medium weight, we get a medium contraction.

Avec un poids moyen, on obtient une moyenne contraction.

Et avec un poids lourd, vous obtenez une grande contraction.

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

Pour les HASEL, la seule différence est de remplacer la force de votre main

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

or the weight with an electrical force.

ou le poids, par une force électrique.

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

HASEL : « actionneur électrostatique auto-guérisseur amplifié hydrauliquement »

Here you see a geometry called Peano-HASEL actuators,

Ici vous voyez une géométrie qu'on nomme actionneurs Peano-HASEL,

one of many possible designs.

un parmi les nombreux designs possibles.

De nouveau, vous prenez un polymère flexible comme notre sac zippé

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

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

que vous remplissez d'un liquide isolant, comme l'huile d'olive,

and now, instead of the glass plate,

et maintenant, à la place d'une plaque de verre,

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

vous placez un conducteur électrique sur un côté du sac.

To create something that looks more like a muscle fiber,

Pour créer une sorte de fibre musculaire,

you can connect a few pouches together

vous pouvez connecter plusieurs sacs

and attached a weight on one side.

et attacher un poids d'un côté des sacs.

Next, we apply voltage.

Ensuite, on met sous tension.

Now, the electric field starts acting on the liquid.

Maintenant, le champ électrique commence à agir sur le liquide,

It displaces the liquid,

Il déplace le liquide,

and it forces the muscle to contract.

et il force le muscle à se contracter.

Here you see a completed Peano-HASEL actuator

Ici vous regardez l'actionneur Peano-HASEL complet

and how it expands and contracts when voltage is applied.

et comment il s'étend et se contracte lorsque le voltage est appliqué.

Viewed from the side,

Vu de l’intérieur,

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

Vous pouvez vraiment voir ces sacs prendre une forme plus cylindrique,

such as we saw with the Ziploc bags.

comme pour les sacs zippés.

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

On peut aussi placer quelque-unes de ces fibres musculaires à côté

to create something that looks even more like a muscle

pour être plus semblable à un muscle

qui se contracte et s'étend en sections transversales.

that also contracts and expands in cross section.

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

Ces HASEL ici soulèvent un poids 200 fois plus lourd

than their own weight.

que leur propre poids.

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

Ici vous voyez un des nouveaux designs, appelé quadrant donut HASEL

et comment ils s'élargissent et se contractent.

and how they expand and contract.

They can be operated incredibly fast, reaching superhuman speeds.

Ils peuvent fonctionner très rapidement, atteignant des vitesses surhumaines.

They are even powerful enough to jump off the ground.

Ils sont même assez puissants pour sauter en l'air.

(Laughter)

(Rires)

Overall, HASELs show promise to become the first technology

Globalement, les HASEL ont le potentiel de devenir la première technologie

that matches or exceeds the performance of biological muscle

qui égale ou surpasse la performance des muscles biologiques

while being compatible with large-scale manufacturing.

tout en étant compatible avec la fabrication à grande échelle.

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

C'est aussi une très jeune technologie. Nous débutons juste.

On a beaucoup d'idées sur comment améliorer nettement les performances,

We have many ideas how to drastically improve performance,

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

avec de nouveaux matériaux et designs pour atteindre un niveau de performance

beyond biological muscle and also beyond traditional rigid electric motors.

au-delà des muscles biologiques et des traditionnels moteurs électriques rigides.

En allant vers des designs plus complexes pour la bio-robotique -

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

here you see our artificial scorpion

voici notre scorpion artificiel

that can use its tail to hunt prey,

qui peut utiliser sa queue pour chasser des proies,

in this case, a rubber balloon.

dans ce cas, un ballon.

(Laughter)

(Rires)

Going back to our initial inspiration,

Revenons à notre inspiration initiale,

the versatility of octopus arms and elephant trunks,

la flexibilité des tentacules de pieuvre et de trompe d'éléphant,

we are now able to build soft continuum actuators

nous pouvons maintenant construire des actionneurs continus mous

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

qui se rapprochent de plus en plus de la capacité du réel.

I am most excited about the practical applications

Je suis très excité sur les applications pratiques

of HASEL artificial muscles.

des muscles artificiels HASEL.

They'll enable soft robotic devices

Ils vont permettre des robots mous

qui peuvent améliorer la qualité de vie.

that can improve the quality of life.

Soft robotics will enable a new generation of more lifelike prosthetics

Ils vont favoriser une nouvelle génération de prothèse plus réaliste

pour les personnes qui ont perdu une partie de leur corps.

for people who have lost parts of their bodies.

Here you see some HASELs in my lab,

Vous pouvez voir ici des HASEL de mon laboratoire,

early testing, driving a prosthetic finger.

les premiers tests, pour une prothèse de doigt.

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

Un jour, on pourra peut-être fusionner nos corps avec des pièces de robotique.

Je sais qu'à première vue, cela semble effrayant.

I know that sounds very scary at first.

But when I think about my grandparents

Mais quand je pense à mes grands-parents

and the way they become more dependent on others

et à la façon dont ils deviennent plus dépendants des autres

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

pour réaliser les tâches quotidiennes comme seulement utiliser les toilettes,

they often feel like they're becoming a burden.

ils se sentent souvent comme s'ils étaient un fardeau.

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

Avec la robotique souple, on sera capable d'améliorer et de restaurer

agility and dexterity,

l'agilité et la dextérité,

and thereby help older people maintain autonomy

et ainsi aider les personnes âgées à maintenir leur autonomie

for longer parts of their lives.

plus longtemps dans leur vie.

Nous pouvons peut-être appeler cela « la robotique anti-vieillissement »

Maybe we can call that "robotics for antiaging"

or even a next stage of human evolution.

ou même la prochaine étape de l'évolution humaine.

Unlike their traditional rigid counterparts,

Contrairement à leurs homologues rigides,

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

les robots souples réalistes agiront sans danger et nous aideront à la maison.

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

La robotique souple est un nouveau domaine qui commence juste.

I hope that many young people from many different backgrounds

J'espère que beaucoup de jeunes personnes de milieux différents

join us on this exciting journey

nous rejoindront dans cette aventure passionnante

and help shape the future of robotics

et développeront le futur de la robotique

by introducing new concepts inspired by nature.

en introduisant de nouveaux concepts inspirés par la nature.

If we do this right,

Si on le fait bien,

we can improve the quality of life

on peut améliorer la qualité de vie

for all of us.

pour nous tous.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)