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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Fordító: Péter Pallós Lektor: Reka Lorinczy

In 2015, 25 teams from around the world

2015-ben 25 csapat versenyzett az egész világról,

competed to build robots for disaster response

hogy különböző feladatokra,

pl. kéziszerszám használatára,

that could perform a number of tasks,

egyenetlen terepen való munkára

such as using a power tool,

working on uneven terrain

és autóvezetése alkalmas

katasztrófaelhárító robotokat építsen.

and driving a car.

That all sounds impressive, and it is,

Ez lelkesítőnek hangzik; és az is.

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

De nézzük meg a győztes robot, a HUBO testét!

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

HUBO itt kocsiból kászálódik ki,

and keep in mind,

és ne feledjük:

the video is sped up three times.

a videót háromszorosára gyorsítottuk.

(Laughter)

(Nevetés)

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

HUBO, a koreai KAIST csapat terméke,

with impressive capabilities,

lenyűgöző képességű modern robot,

but this body doesn't look all that different

de teste nem sokban különbözik

from robots we've seen a few decades ago.

a pár évtizede látottakétól.

If you look at the other robots in the competition,

A versenyben részt vett más robotok mozgása is

their movements also still look, well, very robotic.

igencsak robotszerű.

Their bodies are complex mechanical structures

Testük bonyolult gépszerkezetekből áll,

using rigid materials

melyekhez merev anyagokat használnak,

such as metal and traditional rigid electric motors.

pl. fémet és hagyományos, merev villanymotorokat.

They certainly weren't designed

Bizonyára nem úgy lettek tervezve,

to be low-cost, safe near people

hogy olcsók, emberekre veszélytelenek

and adaptable to unpredictable challenges.

és előre nem látható esetekben alkalmazkodók legyenek.

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

Jelentős haladást értünk el a robotok agyát tekintve,

but their bodies are still primitive.

de testük még kezdetleges.

This is my daughter Nadia.

Ő itt Nadia lányom.

She's only five years old

Csak ötéves,

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

de sokkal gyorsabban száll ki a kocsiból, mint HUBO.

(Laughter)

(Nevetés)

She can also swing around on monkey bars with ease,

Könnyedén csimpizik végig a trapézhintán,

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

sokkal ügyesebben, mint ma bármely emberszerű robot.

In contrast to HUBO,

A HUBO-tól eltérően

the human body makes extensive use of soft and deformable materials

az emberi test kiterjedten használ lágy és alakítható anyagokat,

such as muscle and skin.

pl. izmot és bőrt.

We need a new generation of robot bodies

A robottestek új nemzedékére van szükség,

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

amelyet a természet tervezte lágy anyagok eleganciája

of the designs found in nature.

és hatékonysága ihletett.

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

Valóban, ez vált az új kutatási terület,

called soft robotics.

az ún. lágy robotika vezérelvévé.

My research group and collaborators around the world

Kutatócsoportom és világszerte dolgozó partnereim

are using soft components inspired by muscle and skin

izom és bőr ihlette lágy összetevőkből

to build robots with agility and dexterity

építenek mozgékony és ügyes robotokat,

that comes closer and closer

melyek egyre közelebb járnak

to the astonishing capabilities of the organisms found in nature.

a természet megdöbbentő képességű szervezeteihez.

I've always been particularly inspired by biological muscle.

Mindig is megihletett a biológiai izom.

Now, that's not surprising.

Ez nem meglepő.

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

Osztrák vagyok, s tudom, hogy beszédem úgy hangzik, mint Arnié, a terminátoré.

(Laughter)

(Nevetés)

Biological muscle is a true masterpiece of evolution.

A biológiai izom az evolúció igazi mesterműve.

It can heal after damage

Sérülés után meg tud gyógyulni,

and it's tightly integrated with sensory neurons

és szorosan egybeépül az érzőidegekkel

for feedback on motion and the environment.

a mozgás és a környezet visszacsatolására.

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

Elég gyorsan össze tud húzódni, hogy energiával lássa el

a kolibri sebes szárnycsapásait;

of a hummingbird;

it can grow strong enough to move an elephant;

elég erősre nő, hogy elefántot mozgasson,

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

s elég alkalmazkodó,

hogy a rendkívül sokoldalú polipkarban használható legyen.

of an octopus,

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

A polip egész kis lyukon is át tudja préselni teljes testét.

Actuators are for robots what muscles are for animals:

A működtető szervek olyanok a robotoknak, mint az izmok az állatoknak:

a test kulcsfontosságú részei,

key components of the body

melyek révén mozognak s kölcsönhatásban vannak a környezetükkel.

that enable movement and interaction with the world.

So if we could build soft actuators,

Ha képesek leszünk lágy működtető szerveket

vagy mesterséges izmokat építeni,

or artificial muscles,

that are as versatile, adaptable

melyek oly sokoldalúak, alkalmazkodók

and could have the same performance as the real thing,

és ugyanolyan teljesítményűek, mint az igaziak,

we could build almost any type of robot

akkor bármilyen robotot

for almost any type of use.

majd minden célra létrehozhatunk.

Not surprisingly, people have tried for many decades

Nem csoda, hogy az ember évtizedek óta

to replicate the astonishing capabilities of muscle,

próbálja utánozni az izom döbbenetes képességeit,

but it's been really hard.

de ez nem megy könnyen.

About 10 years ago,

Kb. 10 éve,

when I did my PhD back in Austria,

amikor Ausztriában a doktorimra készültem,

my colleagues and I rediscovered

munkatársaimmal rábukkantunk

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

a mesterséges izomról szóló, talán első közleményre,

published in 1880.

amely 1880-ban jelent meg:

"On the shape and volume changes of dielectric bodies

"Dielektrikumok alak- és térfogatváltozása

caused by electricity,"

villamos áram hatására."

published by German physicist Wilhelm Röntgen.

Wilhelm Röntgen német fizikus tette közzé.

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

Nevét a röntgensugarak felfedezőjeként ismerik.

Following his instructions, we used a pair of needles.

Utasításait követve két tűt

We connected it to a high-voltage source,

nagyfeszültségű áramforrásra kapcsoltunk,

and we placed it near a transparent piece of rubber

és műanyag keretre kifeszített

that was prestretched onto a plastic frame.

átlátszó gumidarab mellé tettük,

When we switched on the voltage,

Az áram bekapcsolásakor

the rubber deformed,

a gumi deformálódott,

and just like our biceps flexes our arm,

és mint mikor bicepszünk behajlítja a karunkat,

the rubber flexed the plastic frame.

a gumi meghajlította a műanyag keretet.

It looks like magic.

Varázslatnak tűnik.

The needles don't even touch the rubber.

A gumit a tűk még csak nem is érintették.

Now, having two such needles is not a practical way

Két tűvel nemigen gyakorlatias

of operating artificial muscles,

mesterséges izmok működtetése,

but this amazing experiment got me hooked on the topic.

de e pompás kísérlettel a téma rabja lettem.

I wanted to create new ways to build artificial muscles

Szerettem volna új módszereket mesterséges izmok létrehozására,

that would work well for real-world applications.

amelyek igazi körülmények közt is jól működnek.

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

A következő években számos technológián dolgoztam,

that all showed promise,

mind reményteljes volt,

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

de mindegyikkel fönnmaradt valamilyen fogas kérdés.

In 2015,

2015-ben,

when I started my own lab at CU Boulder,

mikor saját laboromat indítottam a CU Boulderen,

I wanted to try an entirely new idea.

teljesen új ötletet szerettem volna kipróbálni.

I wanted to combine the high speed and efficiency

Ötvözni akartam az elektromos működtető szerv nagy sebességét

of electrically driven actuators

és hatékonyságát

with the versatility of soft, fluidic actuators.

a lágy, folyadékos működtető szerv sokoldalúságával.

Therefore, I thought,

Azt gondoltam,

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

hogy új módon alkalmazhatnám a régi tudományt.

The diagram you see here

Az ábrán látható

shows an effect called Maxwell stress.

az ún. Maxwell-feszültségtenzor hatása.

When you take two metal plates

Ha két fémlapot

and place them in a container filled with oil,

olajjal teli tartályba helyezünk,

and then switch on a voltage,

majd feszültséget kapcsolunk rájuk,

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

a Maxwell-tenzor a lemezek közti olajat fölfelé nyomja.

and that's what you see here.

Ez látható az ábrán.

So the key idea was,

Az ötlet lényege abban állt,

can we use this effect to push around oil

hogy e hatást alkalmazva

a lágy, rugalmas rendszerekben lévő olajat tudjuk-e keringetni?

contained in soft stretchy structures?

And indeed, this worked surprisingly well,

A dolog meglepően jól működött,

quite honestly, much better than I expected.

őszintén szólva, a vártnál jobban.

Together with my outstanding team of students,

Kiváló diákjaimmal együtt

we used this idea as a starting point

ebből az ötletből kiindulva új technológiát fejlesztettünk ki,

to develop a new technology called HASEL artificial muscles.

az ún. HASEL mesterséges izmot.

HASELs are gentle enough to pick up a raspberry

A HASEL annyira gyengéd, hogy egy szem málnát úgy fölszed,

without damaging it.

hogy nem tesz kárt benne.

They can expand and contract like real muscle.

Úgy nyúlik és húzódik össze, mint az igazi izom.

And they can be operated faster than the real thing.

Gyorsabban működik, mint az igazi.

They can also be scaled up to deliver large forces.

Nagyobb erőkifejtéshez megnövelhető.

Here you see them lifting a gallon filled with water.

Itt épp öt liter vizet emel föl.

They can be used to drive a robotic arm,

Robotkar meghajtására használható,

and they can even self-sense their position.

ráadásul még a helyzetét is érzékeli.

HASELs can be used for very precise movement,

A HASEL nagyon pontos mozdulatokra képes,

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

de megy neki a nagyon egyenletes, folyamatos izommozgás,

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

sőt még az erőbedobás is, hogy levegőbe lője a labdát.

When submerged in oil,

Olajba merítve

HASEL artificial muscles can be made invisible.

a HASEL mesterséges izmok láthatatlanná válnak.

So how do HASEL artificial muscles work?

Hogy működik a HASEL?

You might be surprised.

Meg lesznek lepve.

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

Nagyon olcsó, könnyen hozzáférhető anyagokból készülnek.

You can even try, and I recommend it,

Javaslom, próbálják ki otthon

the main principle at home.

a működési elve lényegét.

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

Egypár tépőzáras tasakot töltsenek meg olívaolajjal.

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

Nyomják ki a tasakból a levegőt, amennyire lehet.

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

Helyezzenek üveglapot a tasak egyik oldalára.

When you press down, you see the bag contract.

Lenyomva a tasak láthatóan összenyomódik.

Now the amount of contraction is easy to control.

Az összenyomódás mértékét könnyű szabályozni.

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

Kis súly – kis összenyomódás.

With a medium weight, we get a medium contraction.

Közepes súly – közepes összenyomódás.

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

Nagy súly – nagy összenyomódás.

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

A HASEL csak annyiban más, hogy kezünk erejét vagy a súlyt

or the weight with an electrical force.

elektromos erő helyettesíti.

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

A HASEL jelentése: hidraulikusan erősített öngyógyító elektrosztatikus hajtás.

Here you see a geometry called Peano-HASEL actuators,

Ez itt a Peano-HASEL működtető szerv

one of many possible designs.

egyik változatának vázlata.

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

Megint csak rugalmas polimerbe, mint pl. a tépőzáras tasak,

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

szigetelőfolyadékot, pl. olívaolajat töltünk,

and now, instead of the glass plate,

de üveglap helyett

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

villamos vezetőt helyezünk a tasak egyik oldalára.

To create something that looks more like a muscle fiber,

Ha valami izomrostszerűt akarunk,

you can connect a few pouches together

összeköthetünk egypár tasakot,

and attached a weight on one side.

és súlyt tehetünk az egyik oldalára.

Next, we apply voltage.

Most ráadjuk a feszültséget.

Now, the electric field starts acting on the liquid.

A villamos tér hatni kezd a folyadékra,

It displaces the liquid,

elmozdítja,

and it forces the muscle to contract.

és az izmot összehúzódásra készteti.

Here you see a completed Peano-HASEL actuator

Ezen a kész Peano-HASEL működtető szerv látható,

and how it expands and contracts when voltage is applied.

hogy a ráadott feszültség hatására hogyan nyúlik meg és húzódik össze.

Viewed from the side,

Oldalról nézve látható,

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

ahogy a tasakok egyre inkább hengeralakot vesznek föl,

such as we saw with the Ziploc bags.

ahogy a tépőzáras tasakoknál láttuk.

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

Több izomrostot is egymás mellé helyezhetünk,

to create something that looks even more like a muscle

hogy még inkább izomkinézetű legyen:

that also contracts and expands in cross section.

keresztirányban összehúzódnak és megnyúlnak.

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

Ez a HASEL a saját súlyánál

200-szor nagyobb súlyt emel.

than their own weight.

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

Itt az egyik legújabb fejlesztésünk, az ún. szögletes fánk HASEL látható,

and how they expand and contract.

s az, ahogy összehúzódik és megnyúlik.

They can be operated incredibly fast, reaching superhuman speeds.

Hihetetlen gyorsan, emberfeletti sebességgel működik.

They are even powerful enough to jump off the ground.

Annyira erős, hogy még föl is tud ugrani.

(Laughter)

(Nevetés)

Overall, HASELs show promise to become the first technology

A HASEL ígéretes első technológiának mutatkozik,

that matches or exceeds the performance of biological muscle

amely eléri vagy meg is haladja a biológiai izom teljesítményét,

while being compatible with large-scale manufacturing.

miközben nagyüzemi gyártásra is alkalmas.

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

Ez nagyon fiatal technológia; épp csak belefogtunk.

Sok ötletünk van a teljesítménye ugrásszerű fokozására

We have many ideas how to drastically improve performance,

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

új anyagokkal és új megoldásokkal,

hogy túlszárnyaljuk a biológiai izmot és a merev villanymotorokat.

beyond biological muscle and also beyond traditional rigid electric motors.

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

A bioihletésű robotika terén a HASEL összetettebb megoldásai közül

here you see our artificial scorpion

ez itt a mesterséges skorpiónk,

that can use its tail to hunt prey,

amely farkával vadászik áldozatára,

in this case, a rubber balloon.

esetünkben egy léggömbre.

(Laughter)

(Nevetés)

Going back to our initial inspiration,

Eredeti ihletünkhöz,

a polip karjának s az elefánt ormányának sokoldalúságához visszatérve,

the versatility of octopus arms and elephant trunks,

we are now able to build soft continuum actuators

már képesek vagyunk lágy, fokozatmentes működtető szerveket építeni,

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

amelyek egyre jobban megközelítik az igaziak teljesítményét.

I am most excited about the practical applications

Leginkább a HASEL mesterséges izom

of HASEL artificial muscles.

gyakorlati alkalmazása nyűgöz le.

They'll enable soft robotic devices

Lágy roboteszközöket valósíthatunk meg velük,

that can improve the quality of life.

amelyek javítják az életminőséget.

Soft robotics will enable a new generation of more lifelike prosthetics

A lágy robotika az életszerűbb protézisek új nemzedékét teszik lehetővé azoknak,

for people who have lost parts of their bodies.

akik valamely testrészüket elvesztették.

Here you see some HASELs in my lab,

Itt látható laboromban

early testing, driving a prosthetic finger.

a HASEL-lel készült ujjprotézis kezdeti tesztelése.

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

Testünket egykor majd tán robottagokkal egyesíthetjük.

I know that sounds very scary at first.

Tudom, hogy első hallásra ez ijesztő.

But when I think about my grandparents

De ha nagyszüleimre gondolok,

and the way they become more dependent on others

és arra, ahogy egyre inkább rá voltak másokra szorulva

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

mindennapi életvitelük során, pl. az önálló vécéhasználatban,

they often feel like they're becoming a burden.

gyakran érezték, hogy mások terhére vannak.

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

Lágy robotikával képesek leszünk

a mozgékonyságot és az ügyességet javítani és visszaadni,

agility and dexterity,

and thereby help older people maintain autonomy

s ezáltal segíteni az időseknek,

hogy minél tovább megőrizhessék függetlenségüket.

for longer parts of their lives.

Talán elnevezhetnénk ezt "öregedésgátló robotikának"

Maybe we can call that "robotics for antiaging"

or even a next stage of human evolution.

vagy az emberi evolúció következő szakaszának.

Unlike their traditional rigid counterparts,

Hagyományos merev társaiktól eltérően

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

a lágy, életszerű robotok biztonságosan segítik majd mindennapjainkat.

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

A lágy robotika igen fiatal terület, csak most kezdtünk hozzá.

I hope that many young people from many different backgrounds

Remélem, hogy sok, más-más származású fiatal

join us on this exciting journey

tart velünk ezen az úton,

and help shape the future of robotics

és segíti elő a robotika alakítását

by introducing new concepts inspired by nature.

természet ihlette új elgondolások megvalósításával.

If we do this right,

Amennyiben helyesen cselekszünk,

we can improve the quality of life

javíthatunk az életminőségen

for all of us.

mindannyiunk számára.

Thank you.

Köszönöm.

(Applause)

(Taps)