The incredible potential of flexible, soft robots | Giada Gerboni

翻訳: Hiroshi Uchiyama 校正: Masaki Yanagishita

So, robots.

ロボットです

Robots can be programmed

ロボットは

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

何百万回もの同一な作業を 最小限の誤りで行いますが

something very difficult for us, right?

それは私たちにはとても難しい事ですよね？

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

ロボットの働きぶりは見事です

Look at them.

見てください

I could watch them for hours.

何時間でも見飽きません

No?

でしょう？

What is less impressive

その好印象が薄れるのは

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

そのようなロボットを 工場から持ち出した場合です

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

ここのように 環境が完全には わかっておらず 計測されていない場合

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

さほど精度が要求されない 単純作業をする時でさえ

this is what can happen.

こんなことが起きてしまいます

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

ドアを開けるのに それほど精度は必要ありません

(Laughter)

（笑）

Or a small error in the measurements,

測定におけるわずかな誤差とかでも

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

ロボットはバルブの位置を見失い

(Laughter)

（笑）

with no way of recovering, most of the time.

ほとんどの場合は立ち直ることさえできません

So why is that?

どうしてなのでしょう？

Well, for many years,

何年にもわたって

robots have been designed to emphasize speed and precision,

ロボットは速さと精度を 重視して設計され

and this translates into a very specific architecture.

特定の構造を持ったものとして 製作されてきました

If you take a robot arm,

ロボットアームの場合

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

明確な形を持った 剛体リンクと

and motors, what we call actuators,

アクチュエータと呼ばれる モーターからなり

they move the links about the joints.

関節部で剛体リンクを動かします

In this robotic structure,

このロボット構造では

you have to perfectly measure your environment,

環境を完璧に測定して

so what is around,

周りに何があるかを知り

and you have to perfectly program every movement

一つ一つの関節の動きについて

of the robot joints,

完璧にプログラムする必要があります

because a small error can generate a very large fault,

小さな誤差が大きな故障につながって 何かを壊したり

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

あるいは 相手が自分より固ければ ロボット自体が

if something is harder.

壊されたりするからです

So let's talk about them a moment.

少しこの事についてお話ししましょう

And don't think about the brains of these robots

考えてみて欲しいのは このようなロボットの頭脳についてとか

or how carefully we program them,

どれだけ注意深くプログラムするかではなく

but rather look at their bodies.

ロボットの本体についてです

There is obviously something wrong with it,

課題があるのは明らかです

because what makes a robot precise and strong

ロボットを精密で頑強にすると

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

同時に ロボットは現実世界では 滑稽なほど危険で非効率的なものになるからです

because their body cannot deform

本体を現実の世界に合わせて

or better adjust to the interaction with the real world.

変形させたり 調節したりできないからです

So think about the opposite approach,

そこで逆のアプローチを 考えてみましょう

being softer than anything else around you.

周りにある どんなものより 柔らかくするのです

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

自分が柔らかかったら何もできないと 思ってしまうかもしれません

probably.

たぶん

Well, nature teaches us the opposite.

でも大自然は逆のことを教えてくれます

For example, at the bottom of the ocean,

例えば海洋の最深部では

under thousands of pounds of hydrostatic pressure,

数千キロの水圧がかかりますが

a completely soft animal

極めて柔らかな動物が

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

移動したり 自分よりずっと硬い物体を 扱ったりできます

He walks by carrying around this coconut shell

このタコはヤシの殻を 運んでいますが

thanks to the flexibility of his tentacles,

それは手足になっている触手が

which serve as both his feet and hands.

柔軟なおかげです

And apparently, an octopus can also open a jar.

そして当たり前のように ビンの蓋も開けられます

It's pretty impressive, right?

見事ですよね

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

ただ こういうことが できるのはタコの脳だけでなく

but also by his body,

体のおかげでもあるのは明らかです

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

これは おそらく 「身体化された知性」の

of embodied intelligence,

もっとも明らかな例でしょう

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

そして この知性は すべての生物が持っているものです

We all have that.

私たちもみんな持っています

Our body, its shape, material and structure,

私たちの体 その形態 材料 構造が

plays a fundamental role during a physical task,

身体が関わる作業では 基礎的な役割を果たします

because we can conform to our environment

それは私たちが環境に 適応できるからであり

so we can succeed in a large variety of situations

十分な計画や事前の計算がなくても

without much planning or calculations ahead.

非常に多様な状況に うまく対応できるのです

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

それなら この「身体化された知性」を

into our robotic machines,

私たちのロボットに取り入れ

to release them from relying on excessive work

過重な計算や計測の負荷を

on computation and sensing?

軽減してはどうでしょうか

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

それには 自然がとる戦略に 倣えばいいでしょう

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

自然は進化を通じて

in designing machines for environment interaction.

環境に適応する機械を設計することに 成功しているからです

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

自然界では柔らかな素材を 採り入れる例は多く見られますが

and stiff material sparingly.

硬い素材はまれなのです

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

これこそがロボットの 新しい分野で行われることで

which is called "soft robotics,"

「ソフトロボティックス」と呼ばれ

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

その目的はすでにできている様な 超精密なロボットを

because we've already got them,

作ることではなく

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

現実世界で想定外の状況に直面しても それを乗り切れるロボットを

so able to go out there.

作ることなのです

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

ロボットを柔らかくするには まずボディーに柔軟性を持たせます

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

非常に大きく変形できる 材料や構造によって作るので

so no more rigid links,

剛体リンクは必要ありません

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

次に 動作させるために 分散型駆動を使う事で

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

とても変形しやすいボディーを 連続的に制御しなければなりません

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

これで 多数のリンクや関節があるのと 同じ効果を得られますが

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

硬い構造は必要ありません

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

柔軟なロボットを作る工程は

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

リンクや歯車やネジを正確に組み立て 硬いロボットを作る—

that you must combine in a very defined way.

ロボット工学とは大きく異なります

In soft robots, you just build your actuator from scratch

柔軟なロボットでは ほとんどの場合で

most of the time,

作動装置をゼロから作りますが

but you shape your flexible material

柔軟な素材を 特定の入力に反応するような

to the form that responds to a certain input.

形にします

For example, here, you can just deform a structure

例を挙げると

doing a fairly complex shape

剛体リンクと関節で行ったら

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

かなり複雑な形に 変形することが必要な構造を

and here, what you use is just one input,

空気圧など １つの入力だけで

such as air pressure.

変形させることが出来ます

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

では 柔軟なロボットの 成功例をいくつか見てみましょう

Here is a little cute guy developed at Harvard University,

ハーバード大学で開発された キュートなロボットで

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

その本体に沿って圧力の波を 与えることで動き

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

柔軟性があることで 低い障害物をくぐることができ

keep walking,

歩き続け

and then keep walking a little bit different afterwards.

その後は少し変化して歩き続けます

And it's a very preliminary prototype,

まだほんの試作品ですが

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

動力を搭載した より丈夫な バージョンも作りました

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

これは外の世界に出して 実世界で動かすことができます

like a car passing it over it ...

例えば自動車に轢かれても

and keep working.

動き続けます

It's cute.

かわいいでしょう

(Laughter)

（笑）

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

あるいは魚ロボットは水の中を 現実の魚と同じように泳ぎますが

simply because it has a soft tail with distributed actuation

これは 空気圧を利用した 分散型の動作機構を持つ

using still air pressure.

柔らかな尾びれのおかげです

That was from MIT,

これはMITが製作しました

and of course, we have a robotic octopus.

そして 私たちが作ったのが タコロボットです

This was actually one of the first projects

柔軟なロボットという新分野における

developed in this new field of soft robots.

初期のプロジェクトでした

Here, you see the artificial tentacle,

これは人工触手だけですが

but they actually built an entire machine with several tentacles

触手が複数ある ロボットも作りました

they could just throw in the water,

水中に投入すると

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

水中で動き回って 探査しているように見えます

in a different way than rigid robots would do.

剛体のロボットとは違った動きです

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

でもこれがサンゴ礁のような デリケートな環境ではとても重要になります

Let's go back to the ground.

陸上に戻りましょう

Here, you see the view

ご覧いただいているのは

from a growing robot developed by my colleagues in Stanford.

スタンフォードの同僚が開発した 成長するロボットの映像です

You see the camera fixed on top.

先端にカメラが付けてあります

And this robot is particular,

このロボットの特徴は

because using air pressure, it grows from the tip,

空気圧を利用して 先端部から伸びていき

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

本体は周囲に密着することです

And this is inspired by plants, not animals,

この形状は動物ではなく 植物から発想を得ました

which grows via the material in a similar manner

素材を使って植物のように伸び

so it can face a pretty large variety of situations.

とても多彩な状況に 対応することができます

But I'm a biomedical engineer,

でも私は生体医工学の技術者なので

and perhaps the application I like the most

一番関心のある応用領域は

is in the medical field,

医療分野です

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

ロボットが実際に 身体の内部に入ることこそ

than actually going inside the body,

最も密接な人体との関わりでしょう

for example, to perform a minimally invasive procedure.

たとえば低侵襲手術の場合です

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

このような場面ではロボットが 外科医の役に立つでしょう

because they must enter the body

なぜならロボットは

using small holes and straight instruments,

小さな穴から まっすぐな器具とともに人体に入る必要があり

and these instruments must interact with very delicate structures

そのような器具は 予測できない環境で

in a very uncertain environment,

繊細な組織に接触する上に

and this must be done safely.

安全でなくてはなりません

Also bringing the camera inside the body,

さらに体内にカメラを入れれば

so bringing the eyes of the surgeon inside the surgical field

外科医は術野の内部が見えますが

can be very challenging if you use a rigid stick,

従来の内視鏡のような 剛体の棒を使うのは

like a classic endoscope.

困難な場合があります

With my previous research group in Europe,

ヨーロッパで私の属していた研究グループでは

we developed this soft camera robot for surgery,

外科手術のための 柔らかいカメラロボットを開発しました

which is very different from a classic endoscope,

これは従来の内視鏡とは全く異なり

which can move thanks to the flexibility of the module

モジュールが柔軟なので

that can bend in every direction and also elongate.

どの方向にも曲がりますし 伸ばすこともできます

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

そしてこれは 他の機器の状況を

with other instruments from different points of view,

別の視点から見るために 外科医が実際に使用しました

without caring that much about what was touched around.

周囲のどの臓器に接触しているか 気を配る必要がありません

And here you see the soft robot in action,

こちらは柔軟なロボットが活動している様子で

and it just goes inside.

ちょうど内部に入ろうとしています

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

人体シミュレータで実際の人体ではありません

It goes around.

体内を移動します

You have a light, because usually,

照明も内蔵しているのは

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

普通 体内には明かりがないからです

We hope.

そう願いたいです

(Laughter)

（笑）

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

たった１本の針で 外科手術ができる場合がありますが

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

現在スタンフォードでは 柔軟な針を開発中です

kind of a very tiny soft robot

微小で柔軟なロボットですが

which is mechanically designed to use the interaction with the tissues

組織との接触を利用して 実質臓器の内部で舵を取って進むよう

and steer around inside a solid organ.

機械的設計がされています

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

これによって 腫瘍など 実質臓器の奥深くにある様々な対象に

deep inside a solid organ

到達できるようになります

by using one single insertion point.

挿入点は１か所で

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

対象に届くまでに避けたい部位をかわして

on the way to the target.

舵取りもできます

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

現代は ロボット工学にとって ワクワクするような時代です

We have robots that have to deal with soft structures,

柔らかい組織を 扱わねばならないロボットは

so this poses new and very challenging questions

ロボット工学のコミュニティに 新たな難問を投げかけています

for the robotics community,

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

実際 制御の方法や 柔軟な構造にどうセンサーを

how to put sensors on these very flexible structures.

取り付けるかの 研究を始めたところです

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

もちろん 何百万年に渡る進化を通して 自然が見出したものに

in millions of years of evolution.

私たちはまだまだ近づいていません

But one thing I know for sure:

でも 確信していることがあります

robots will be softer and safer,

ロボットは より柔軟で より安全なものになり

and they will be out there helping people.

人々を助ける存在に なっていくでしょう

Thank you.

ありがとう

(Applause)

（拍手）