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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Traduttore: Nicola Pistola Revisore: Anna Cristiana Minoli

In 2015, 25 teams from around the world

Nel 2015, 25 team provenienti da tutto il mondo

competed to build robots for disaster response

si sono sfidati nella costruzione di robot di salvataggio

that could perform a number of tasks,

capaci di svolgere diversi compiti,

such as using a power tool,

come utilizzare uno strumento,

working on uneven terrain

passare su terreni accidentati

and driving a car.

e guidare una macchina.

That all sounds impressive, and it is,

Un'impresa sicuramente notevole,

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

ma osservate il corpo del robot vincitore, HUBO.

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

Qui lo vedete mentre cerca di scendere da una macchina,

and keep in mind,

e tenete in considerazione

the video is sped up three times.

che il video è al triplo della velocità.

(Laughter)

(Risate)

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

HUBO, del team coreano KAIST, è un robot all'avanguardia,

with impressive capabilities,

dotato di capacità straordinarie,

but this body doesn't look all that different

ma il suo corpo è poi così diverso

from robots we've seen a few decades ago.

da quello dei robot di qualche decennio fa.

If you look at the other robots in the competition,

Se osservate gli altri robot in gara,

their movements also still look, well, very robotic.

anche i loro movimenti ci appaiono molto robotici.

Their bodies are complex mechanical structures

I loro corpi sono strutture meccaniche complesse

using rigid materials

basate su materiali rigidi,

such as metal and traditional rigid electric motors.

come il metallo o i tradizionali motori elettrici rigidi.

They certainly weren't designed

Non sono stati progettati

to be low-cost, safe near people

per essere low-cost, sicuri per il pubblico,

and adaptable to unpredictable challenges.

e capaci di rispondere a circostanze impreviste.

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

I cervelli robotici hanno fatto enormi progressi,

but their bodies are still primitive.

ma i loro corpi sono ancora allo stato primitivo.

This is my daughter Nadia.

Questa è mia figlia Nadia.

She's only five years old

Ha solo cinque anni

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

ma è molto più veloce di HUBO a scendere da una macchina.

(Laughter)

(Risate)

She can also swing around on monkey bars with ease,

È anche molto brava a dondolarsi sulle sbarre,

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

molto più brava di qualunque robot umanoide odierno.

In contrast to HUBO,

Al contrario di HUBO,

the human body makes extensive use of soft and deformable materials

il corpo umano fa ampio uso di materiali morbidi e deformabili,

such as muscle and skin.

come i muscoli e la pelle.

We need a new generation of robot bodies

Sono necessari corpi robotici di nuova generazione

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

che si ispirino all'eleganza, all'efficienza e ai materiali morbidi

of the designs found in nature.

che vediamo utilizzati in natura.

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

Questa è diventata l'idea chiave di una nuova branca della ricerca

called soft robotics.

chiamata "robotica morbida".

My research group and collaborators around the world

Con il mio gruppo di ricerca e i nostri collaboratori

are using soft components inspired by muscle and skin

utilizziamo componenti morbide ispirate ai muscoli e alla pelle

to build robots with agility and dexterity

per costruire robot che possiedano agilità e destrezza

that comes closer and closer

sempre più simili

to the astonishing capabilities of the organisms found in nature.

alle incredibili capacità degli organismi che troviamo in natura.

I've always been particularly inspired by biological muscle.

I muscoli sono sempre stati fonte di grande ispirazione per me.

Now, that's not surprising.

Niente di strano in questo.

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

Sono austriaco, e il mio accento è lo stesso di Arnie, Terminator.

(Laughter)

(Risate)

Biological muscle is a true masterpiece of evolution.

Il tessuto muscolare biologico è un vero capolavoro evolutivo.

It can heal after damage

Può rigenerarsi se danneggiato

and it's tightly integrated with sensory neurons

ed è in costante scambio con i neuroni sensoriali

for feedback on motion and the environment.

sugli stimoli motori e ambientali.

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

Può contrarsi tanto velocemente da sostenere il battito d'ali

of a hummingbird;

di un colibrì;

it can grow strong enough to move an elephant;

può essere tanto forte da muovere un elefante;

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

ed è ciò che rende tanto versatili e malleabili i tentacoli

of an octopus,

di un polipo,

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

un animale che può restringersi tanto da passare in un piccolo foro.

Actuators are for robots what muscles are for animals:

Gli attuatori sono per i robot quello che i muscoli sono per gli animali:

key components of the body

componenti essenziali del corpo

that enable movement and interaction with the world.

che permettono il movimento e l'interazione con il mondo esterno.

So if we could build soft actuators,

Se potessimo costruire attuatori morbidi,

or artificial muscles,

o muscoli artificiali,

that are as versatile, adaptable

che siano versatili, flessibili

and could have the same performance as the real thing,

e con le stesse prestazioni di quelli reali,

we could build almost any type of robot

potremmo costruire quasi ogni tipo di robot

for almost any type of use.

per quasi ogni tipo di compito.

Not surprisingly, people have tried for many decades

Non a caso, sono ormai decenni che si cerca il modo

to replicate the astonishing capabilities of muscle,

di ricreare le incredibili capacità dei muscoli,

but it's been really hard.

ma non è un'impresa facile.

About 10 years ago,

Circa 10 anni fa,

when I did my PhD back in Austria,

quando ho conseguito il dottorato in Austria,

my colleagues and I rediscovered

io e i miei colleghi abbiamo riscoperto

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

quella che è probabilmente la prima pubblicazione sui muscoli artificiali,

published in 1880.

datata 1880.

"On the shape and volume changes of dielectric bodies

"Sui mutamenti di forma e di volume dei corpi dielettrici

caused by electricity,"

causati dall'elettricità",

published by German physicist Wilhelm Röntgen.

pubblicato dal fisico tedesco Wilhelm Röntgen.

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

Molti di voi lo conosceranno come lo scopritore dei raggi X.

Following his instructions, we used a pair of needles.

Seguendo le sue istruzioni, abbiamo preso un paio di aghi.

We connected it to a high-voltage source,

Li abbiamo connessi all'alta tensione

and we placed it near a transparent piece of rubber

e avvicinati a un foglio di gomma trasparente

that was prestretched onto a plastic frame.

disteso su un'armatura di plastica.

When we switched on the voltage,

Azionando la corrente

the rubber deformed,

la gomma si deforma,

and just like our biceps flexes our arm,

e proprio come i bicipiti fanno flettere le nostre braccia,

the rubber flexed the plastic frame.

la gomma fa flettere l'armatura di plastica.

It looks like magic.

Sembra un trucco di magia.

The needles don't even touch the rubber.

Gli aghi non toccano mai la gomma.

Now, having two such needles is not a practical way

L'uso di questi aghi non è un sistema pratico

of operating artificial muscles,

per azionare i muscoli artificiali,

but this amazing experiment got me hooked on the topic.

ma questo bellissimo esperimento ha stimolato la mia curiosità.

I wanted to create new ways to build artificial muscles

Volevo inventare nuovi modi di costruire muscoli artificiali

that would work well for real-world applications.

che avessero delle applicazioni pratiche.

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

Negli anni seguenti ho lavorato a diverse nuove tecnologie,

that all showed promise,

tutte promettenti,

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

ma tutte con ostacoli persistenti, difficili da superare.

In 2015,

Nel 2015,

when I started my own lab at CU Boulder,

nel mio nuovo laboratorio alla CU Boulder,

I wanted to try an entirely new idea.

ho voluto provare qualcosa di totalmente nuovo.

I wanted to combine the high speed and efficiency

Volevo combinare la velocità e l'efficienza

of electrically driven actuators

degli attuatori elettrici

with the versatility of soft, fluidic actuators.

con la versatilità degli attuatori morbidi a sistema fluido.

Therefore, I thought,

Perciò ho pensato,

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

forse posso trovare un modo nuovo di utilizzare vecchie scoperte.

The diagram you see here

Il diagramma che vedete

shows an effect called Maxwell stress.

mostra un effetto chiamato "stress di Maxwell".

When you take two metal plates

Se prendete due lastre di metallo,

and place them in a container filled with oil,

le mettete in un contenitore con dell'olio

and then switch on a voltage,

e le fate attraversare dalla corrente,

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

lo stress di Maxwell fa sì che l'olio tra le due lastre salga,

and that's what you see here.

proprio come vedete qui.

So the key idea was,

L'idea di base era,

can we use this effect to push around oil

possiamo sfruttare questo effetto per spingere dell'olio

contained in soft stretchy structures?

all'interno di strutture morbide e malleabili?

And indeed, this worked surprisingly well,

La cosa ebbe un successo sorprendente,

quite honestly, much better than I expected.

molto più di quanto mi aspettassi, a dire il vero.

Together with my outstanding team of students,

Insieme al mio eccezionale gruppo di studenti,

we used this idea as a starting point

siamo partiti da questa idea

to develop a new technology called HASEL artificial muscles.

per sviluppare una nuova tecnologia chiamata "muscoli artificiali HASEL".

HASELs are gentle enough to pick up a raspberry

Gli HASEL possono essere tanto delicati da raccogliere una fragola

without damaging it.

senza danneggiarla.

They can expand and contract like real muscle.

Possono espandersi e contrarsi come dei veri muscoli.

And they can be operated faster than the real thing.

E possono essere azionati più velocemente di quelli reali.

They can also be scaled up to deliver large forces.

Possono essere potenziati fino a produrre forze notevoli.

Here you see them lifting a gallon filled with water.

Qui li vedete sollevare quattro litri di acqua.

They can be used to drive a robotic arm,

Possono azionare un braccio robotico,

and they can even self-sense their position.

e possono anche rilevare la propria posizione.

HASELs can be used for very precise movement,

Gli HASEL possono eseguire movimenti molto precisi,

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

ma anche movimenti fluidi, simili a quelli muscolari,

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

e moti esplosivi capaci di lanciare una pallina in aria.

When submerged in oil,

Una volta immersi nell'olio,

HASEL artificial muscles can be made invisible.

i muscoli artificiali HASEL sono completamente invisibili.

So how do HASEL artificial muscles work?

Come funzionano i muscoli HASEL?

You might be surprised.

La cosa potrà sorprendervi,

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

ma si basano su materiali poco costosi e facilmente reperibili.

You can even try, and I recommend it,

Vi consiglio anzi di tentare

the main principle at home.

questo esperimento casalingo.

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

Riempite di olio d'oliva alcune buste per alimenti.

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

Cercate di evitare le bolle d'aria.

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

Ora appoggiate una lastra di vetro a un lato della busta.

When you press down, you see the bag contract.

Se la premete, vedrete che la busta si contrae.

Now the amount of contraction is easy to control.

L'intensità della contrazione non è difficile da controllare.

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

A un peso leggero corrisponde una contrazione minima.

With a medium weight, we get a medium contraction.

Se usate un peso medio, ottenete una media contrazione.

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

E con un grosso peso ottenete una grande contrazione.

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

Con gli HASEL, l'unica differenza è che alla pressione della vostra mano

or the weight with an electrical force.

o del peso, si sostituisce una forza elettrica.

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

HASEL sta per "Attuatori Elettrostatici Autoriparanti a Amplificazione Idraulica".

Here you see a geometry called Peano-HASEL actuators,

Qui vedete lo schema di quello che chiamiamo Attuatore Peano-HASEL,

one of many possible designs.

uno dei molti design possibili.

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

Anche qui usiamo un polimero flessibile, come la nostra busta per alimenti,

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

riempito di liquido isolante, come l'olio d'oliva,

and now, instead of the glass plate,

ma al posto della lastra di vetro

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

applichiamo un conduttore elettrico a un lato della tasca.

To create something that looks more like a muscle fiber,

Per renderlo ancora più simile alle fibre muscolari,

you can connect a few pouches together

possiamo unire insieme più tasche

and attached a weight on one side.

e applicare un peso all'estremità.

Next, we apply voltage.

Ora azioniamo la corrente.

Now, the electric field starts acting on the liquid.

Il campo elettrico inizia ad agire sul liquido.

It displaces the liquid,

Il liquido viene trasferito,

and it forces the muscle to contract.

cosa che costringe il muscolo a contrarsi.

Here you see a completed Peano-HASEL actuator

Qui vedete un attuatore Peano-HASEL in funzione,

and how it expands and contracts when voltage is applied.

e il modo in cui si espande e contrae quando applichiamo una corrente.

Viewed from the side,

Osservando di lato,

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

potete vedere come le tasche assumano una forma cilindrica,

such as we saw with the Ziploc bags.

proprio come le nostre buste per alimenti.

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

Possiamo anche saldare tra loro alcune di queste fibre muscolari

to create something that looks even more like a muscle

e renderle ancora più simili a un vero muscolo

that also contracts and expands in cross section.

che si contrae ed espande anche trasversalmente.

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

Gli HASEL che vedete stanno sollevando un carico 200 volte superiore

than their own weight.

al loro peso.

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

Qui vedete uno dei nostri progetti più recenti, lo HASEL a ciambella,

and how they expand and contract.

mentre si contrae ed espande.

They can be operated incredibly fast, reaching superhuman speeds.

Possono raggiungere velocità estreme, superiori a quelle umane.

They are even powerful enough to jump off the ground.

Sono tanto potenti da poter addirittura saltare.

(Laughter)

(Risate)

Overall, HASELs show promise to become the first technology

In definitiva, HASEL potrebbe essere la prima tecnologia

that matches or exceeds the performance of biological muscle

capace di superare le performance dei muscoli biologici

while being compatible with large-scale manufacturing.

compatibile con una produzione su larga scala.

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

Inoltre è una tecnologia giovane. Siamo solo agli inizi.

We have many ideas how to drastically improve performance,

Abbiamo molte idee su come migliorare le prestazioni,

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

con nuovi materiali e progetti, per raggiungere livelli di performance

beyond biological muscle and also beyond traditional rigid electric motors.

superiori al muscolo biologico e anche al motore elettrico rigido.

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

Come esempio di un design più complesso di bio-robotica con HASEL,

here you see our artificial scorpion

qui vedete uno scorpione artificiale

that can use its tail to hunt prey,

che usa la coda per cacciare,

in this case, a rubber balloon.

in questo caso un palloncino.

(Laughter)

(Risate)

Going back to our initial inspiration,

Tornando alla nostra ispirazione iniziale,

the versatility of octopus arms and elephant trunks,

la versatilità di tentacoli e proboscidi,

we are now able to build soft continuum actuators

ora siamo in grado di creare attuatori a continuum fluido,

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

che si avvicinano sempre di più alle capacità dei modelli reali.

I am most excited about the practical applications

Quello che mi entusiasma di più sono le applicazioni pratiche

of HASEL artificial muscles.

dei muscoli artificiali HASEL.

They'll enable soft robotic devices

Permettono la costruzione di dispositivi morbidi,

that can improve the quality of life.

capaci di migliorare la vita delle persone.

Soft robotics will enable a new generation of more lifelike prosthetics

La robotica morbida renderà possibile la creazione di protesi più naturali

for people who have lost parts of their bodies.

per le persone che hanno subito amputazioni.

Here you see some HASELs in my lab,

Questi sono HASEL del mio laboratorio

early testing, driving a prosthetic finger.

che azionano un prototipo di dito artificiale.

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

Un giorno potremo forse fondere componenti robotiche con i nostri corpi.

I know that sounds very scary at first.

So che a un primo impatto può sembrare spaventoso.

But when I think about my grandparents

Ma poi penso ai miei nonni

and the way they become more dependent on others

e a come sono diventati sempre più dipendenti dagli altri

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

nello svolgere le azioni più semplici, come andare in bagno da soli,

they often feel like they're becoming a burden.

e al fatto che sentono di essere diventati un peso.

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

Con la robotica morbida, saremo in grado di aumentare e restituire

agility and dexterity,

agilità e destrezza,

and thereby help older people maintain autonomy

aiutando le persone a mantenersi indipendenti

for longer parts of their lives.

fino in età avanzata.

Maybe we can call that "robotics for antiaging"

Potremmo chiamarla "robotica anti-età",

or even a next stage of human evolution.

o anche un nuovo stadio dell'evoluzione umana.

Unlike their traditional rigid counterparts,

Al contrario delle loro controparti rigide,

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

i robot morbidi potranno operare in piena sicurezza nelle case e tra le persone.

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

La robotica morbida è un settore giovane. Siamo solo agli inizi.

I hope that many young people from many different backgrounds

Spero che moltissimi giovani dai settori più svariati

join us on this exciting journey

si uniscano a noi in questo viaggio

and help shape the future of robotics

e ci aiutino a plasmare la robotica del futuro

by introducing new concepts inspired by nature.

presentando idee nuove ispirate ai modelli naturali.

If we do this right,

Se ci riusciremo,

we can improve the quality of life

miglioreremo la qualità della vita

for all of us.

di tutti noi.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)