The incredible potential of flexible, soft robots | Giada Gerboni

번역: NAYEUN KIM 검토: JY Kang

So, robots.

로봇에 대해서 말하자면

Robots can be programmed

로봇은 프로그래밍을 하여

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

같은 작업을 실수를 최소화하며 수없이 반복할 수 있습니다.

something very difficult for us, right?

인간인 우리에겐 아주 어려운 일이죠?

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

뭔가 작업중인 로봇을 지켜보면 굉장히 대단해 보입니다.

Look at them.

보세요.

I could watch them for hours.

전 이걸 몇 시간이라도 볼 수 있을 것 같아요.

No?

아니라고요?

What is less impressive

그러나 사실 이런 로봇도 공장 밖에서는 별것 아닙니다.

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

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

로봇에 맞춰서 잘 짜여진 환경이 아닌 곳에 로봇을 가져다 두고

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

정밀함이 요구되지 않는 간단한 작업을 시켜보면

this is what can happen.

바로 이런 일이 벌어집니다.

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

문을 여는 건 정밀함이 요구되는 작업도 아닌데 말이죠.

(Laughter)

(웃음)

Or a small error in the measurements,

거리 측정을 조금이라도 잘못하면

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

벨브를 놓치면서, 이렇게 되죠.

(Laughter)

(웃음)

with no way of recovering, most of the time.

대개는 회복 불능이 되어버립니다.

So why is that?

왜 그런 걸까요?

Well, for many years,

지난 수년간

robots have been designed to emphasize speed and precision,

로봇은 속도와 정밀성을 강화하도록 디자인되었고

and this translates into a very specific architecture.

그 디자인은 매우 특정한 형태를 갖도록 해석되었습니다.

If you take a robot arm,

로봇의 팔을 보자면

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

링크라는 단단한 연결부재와

and motors, what we call actuators,

엑추에이터라는 모터들로 구성되어 있습니다.

they move the links about the joints.

관절의 모터로 링크가 움직이는 거죠.

In this robotic structure,

이런 구조의 로봇은 주변 환경을 완벽하게 측정해야 합니다.

you have to perfectly measure your environment,

so what is around,

주변에 무엇이 있는지 알아야 하죠.

and you have to perfectly program every movement

관절의 움직임 하나하나를 완벽하게 프로그램화해야 힙니다.

of the robot joints,

because a small error can generate a very large fault,

그렇지 않으면 작은 오류로도 아주 큰 실수를 유발할 수 있고

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

주변 사물이나 로봇 자체에 피해를 입힐 수도 있습니다.

if something is harder.

주변에 더 단단한 것이 있으면요.

So let's talk about them a moment.

그럼 잠시 로봇에 대해 야기해보죠.

And don't think about the brains of these robots

이 로봇들의 두뇌를 살펴보거나

or how carefully we program them,

프로그램이 얼마나 잘 만들어졌는지 생각하기보다

but rather look at their bodies.

로봇의 몸체에 대해 살펴보죠.

There is obviously something wrong with it,

분명 거기에 뭔가 잘못된 점이 있습니다.

because what makes a robot precise and strong

이 로봇을 정확하고 강하게 만드는 요소들이

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

사실 작업환경에서 매우 위험하고 효과적이지 못한 요소가 되기도 하죠.

because their body cannot deform

로봇은 스스로 몸체를 변형할 수도 없고

or better adjust to the interaction with the real world.

실제 작업환경에 맞게 조율할 수 있는 능력이 없습니다.

So think about the opposite approach,

그러니까 이 문제를 역으로 접근해 보세요.

being softer than anything else around you.

주변의 다른 사물들보다 부드러운 상태로 만드는 겁니다.

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

아마 그 상태로는 아무것도 할 수 없다고 생각하실 거예요.

probably.

그럴지도 몰라요.

Well, nature teaches us the opposite.

그러나 자연에서 그 반대의 상황을 찾을 수 있습니다.

For example, at the bottom of the ocean,

바다의 밑바닥을 예를 들어보면

under thousands of pounds of hydrostatic pressure,

수천 kg의 수압에도 불구하고

a completely soft animal

완전히 부드러운 동물이

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

자신보다 더 딱딱한 물체와 함께 어우러져 움직일 수 있습니다.

He walks by carrying around this coconut shell

이렇게 코코넛 껍질을 가지고 걸어다니는 것도

thanks to the flexibility of his tentacles,

촉수의 유연성 덕분입니다.

which serve as both his feet and hands.

촉수가 바로 팔과 다리의 역할을 하는 것이죠.

And apparently, an octopus can also open a jar.

뿐만 아니라 보시다시피 문어는 병뚜껑도 열 수 있어요.

It's pretty impressive, right?

정말 대단하죠?

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

그러나 분명한 사실은

이러한 능력을 가능하게 하는 건 이 동물의 뇌나 몸이 아닙니다.

but also by his body,

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

이 사례가 바로 통합인공지능의 가장 명백한 증거라고 할 수 있습니다.

of embodied intelligence,

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

살아있는 모든 생명체가 갖고 있는 지능이죠.

We all have that.

우리 모두가 갖고 있습니다.

Our body, its shape, material and structure,

우리의 몸의 형태와 재료와 신체 구조는

plays a fundamental role during a physical task,

육체적인 작업을 하는 동안 근본적인 역활을 합니다.

because we can conform to our environment

그로 인해 우리 몸은 주변환경에 적응할 수 있으며

so we can succeed in a large variety of situations

다양한 상황에 대처할 수 있습니다.

without much planning or calculations ahead.

사전 계획이나 계산이 없이도 말이죠.

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

그렇다면 이러한 통합인공지능을

into our robotic machines,

로봇에 적용시켜

to release them from relying on excessive work

막대한 양의 계산이나 측정 결과에 의존하지 않도록 하면 어떨까요?

on computation and sensing?

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

그렇게 하기 위해서는 자연의 섭리를 따르면 됩니다.

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

왜냐하면 자연은 진화를 통해서 그 일을 꽤 잘 해왔기 때문이죠.

in designing machines for environment interaction.

자연과 상호작용하도록 생명을 디자인해왔으니까요.

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

자연에서 잘 알 수 있는 사실은

부드러운 재질은 흔하고 딱딱한 재질은 드물다는 것입니다.

and stiff material sparingly.

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

이 점이 적용된 새로운 로봇공학 분야가 바로 "유연한 로봇공학"입니다.

which is called "soft robotics,"

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

이 분야의 주목적은 초정밀의 기계를 만드는 데 있는 것이 아닙니다.

because we've already got them,

그런 로봇은 이미 있으니까요.

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

그러니까 로봇이 실제 작업장에서 예상치 못한 상황에 처했을 때

so able to go out there.

빠져나올 수 있게 하는 것입니다.

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

로봇이 부드럽다는 것은 첫째로 변형 가능한 몸체를 의미합니다.

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

큰 변형을 견딜 수 있는 재료나 모양으로 만들어졌다는 것을 말하죠.

so no more rigid links,

단단한 링크 부재를 없애는 것입니다.

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

두 번째로, 로봇의 움직임을 위해 분산 구동방식을 사용합니다.

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

이 변형가능한 몸의 형태를 지속적으로 통제해야 하는데

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

그렇게 하기 위해서는 수많은 링크와 관절이 필요합니다.

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

그러나 우리는 딱딱한 물체는 전혀 사용하지 않습니다.

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

이렇게 유연한 로봇을 만드는 과정이 전혀 다르다는 게 상상이 되시겠죠.

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

딱딱한 로봇의 경우에는 링크, 기어, 나사 등을

that you must combine in a very defined way.

미리 정해진 방식으로 조립해야 하는 반면에

In soft robots, you just build your actuator from scratch

유연한 로봇은 구동장치를 처음부터 손수 만들어야 합니다.

most of the time,

대개의 경우는 그렇죠.

but you shape your flexible material

유연한 물질은 형태를 바꾸어

to the form that responds to a certain input.

특정한 입력 데이터에 반응하는 모양으로 바뀝니다.

For example, here, you can just deform a structure

예를 들어 이걸 보세요. 이렇게 형태를 바꿀 수 있죠.

doing a fairly complex shape

꽤 복잡한 형태로 말이죠.

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

딱딱한 형태의 링크와 관절 구조로 이렇게 한다고 생각해보세요.

and here, what you use is just one input,

여기 하나의 입력 데이터만 사용했을 때를 보세요.

such as air pressure.

공기압 같은 걸요.

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

자. 그러면 유연한 로봇의 멋진 예들을 보도록 하죠.

Here is a little cute guy developed at Harvard University,

여기 하버드대에서 만든 이 귀여운 작은 녀석을 보세요.

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

그의 몸체를 따라 가해지는 공기압의 흐름 덕분에 걷고 있죠.

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

뿐만아니라 유연성 덕분에 낮은 다리 아래로 지나갈 수도 있어요.

keep walking,

계속 걷고

and then keep walking a little bit different afterwards.

또 걷고 그리고 이후엔 조금 다르게 계속해서 걷습니다.

And it's a very preliminary prototype,

이건 아주 초기의 시제품입니다.

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

하버드대에서는 전원을 탑재한 더 튼튼한 로봇도 만들었는데요.

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

이것들은 밖으로 나가 실제 세상과 상호작용을 할 수도 있습니다.

like a car passing it over it ...

차가 밟고 지나가기도 하죠.

and keep working.

그래도 계속 움직입니다.

It's cute.

귀엽죠.

(Laughter)

(웃음)

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

로봇 물고기 같은 경우엔 물 속에서 실제 물고기처럼 헤엄칠 수 있습니다.

simply because it has a soft tail with distributed actuation

이것은 단지 부드러운 꼬리의 분산구동 기능 덕분입니다.

using still air pressure.

정체 공기압을 사용하죠.

That was from MIT,

이 물고기는 MIT에서 만들었고요.

and of course, we have a robotic octopus.

물고기뿐만 아니라 문어도 있어요.

This was actually one of the first projects

이것은 사실 유연한 로봇에서는 처음으로 시도된 프로젝트입니다.

developed in this new field of soft robots.

Here, you see the artificial tentacle,

여기 인공 촉수를 보세요.

but they actually built an entire machine with several tentacles

이 로봇은 여러 개의 촉수들로 구성되어 있습니다.

they could just throw in the water,

물속에 이렇게 던져 넣으면

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

여기저기 돌아다니며 바닷속을 탐험하기도 합니다.

in a different way than rigid robots would do.

딱딱한 로봇들과는 다른 것들을 할 수 있죠.

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

이러한 능력은 산호초 같은 까다로운 환경에 매우 중요합니다.

Let's go back to the ground.

다시 지상으로 올라가 봅시다.

Here, you see the view

지금 보시는 영상은

from a growing robot developed by my colleagues in Stanford.

스탠포드대의 제 동료들이 발명한 늘어나는 로봇이 찍은 것입니다.

You see the camera fixed on top.

머리에 카메라가 설치되어 있죠.

And this robot is particular,

이 로봇의 독특한 점은

because using air pressure, it grows from the tip,

공기 압력으로 끝부분이 길게 늘어난다는 것입니다.

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

반면에 나머지 부분들은 주변 환경에 견고하게 붙어 있죠.

And this is inspired by plants, not animals,

이것은 동물이 아니라 식물에 영감을 받은 것입니다.

which grows via the material in a similar manner

식물과 비슷한 방식으로 물질을 자라게 하는 것이죠.

so it can face a pretty large variety of situations.

그로 인해 다양하고 수많은 상황과 맞닥뜨릴 수 있습니다.

But I'm a biomedical engineer,

그런데 저는 생체공학자이기에

and perhaps the application I like the most

어쩌면 제가 가장 관심있는 응용 분야는

is in the medical field,

의학분야라고 할 수 있습니다.

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

인간의 신체와 가장 밀접하게 상호작용하는 방법을 생각해보면

than actually going inside the body,

인간의 몸 속으로 직접 들어가는 것이 유일하겠죠.

for example, to perform a minimally invasive procedure.

예를 들자면, 최소한의 외과 시술을 시행하는 겁니다.

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

이때 로봇이 외과 의사에게 큰 도움을 줄 수 있습니다.

because they must enter the body

몸속으로 꼭 들어가야 할 때는

using small holes and straight instruments,

작은 구멍을 내고 직선의 도구들을 사용하죠.

and these instruments must interact with very delicate structures

그 도구들로 매우 연약한 장기 구조와 상호작용하게 됩니다.

in a very uncertain environment,

매우 불분명한 환경에서 말이죠.

and this must be done safely.

이 과정은 안전하게 이루어져야 합니다.

Also bringing the camera inside the body,

그리고 카메라가 몸속에 들어가는 것은

so bringing the eyes of the surgeon inside the surgical field

수술 부위에 의사의 눈이 들어가는 것과 같기 때문에

can be very challenging if you use a rigid stick,

딱딱한 막대기같은 것으로는 매우 힘든 작업입니다.

like a classic endoscope.

대부분의 내시경이 그렇죠.

With my previous research group in Europe,

저는 유럽의 연구팀과 함께

we developed this soft camera robot for surgery,

수술에 쓸 수 있는 유연한 카메라 로봇을 발명했습니다.

which is very different from a classic endoscope,

일반 내시경이랑 매우 다른 형태로

which can move thanks to the flexibility of the module

모듈의 유연성 덕분에 움직임이 자유롭고

that can bend in every direction and also elongate.

여러 방향으로 구부러지며 길게 늘어나는 것도 가능하죠.

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

그리고 의사에게 이 로봇을 실제로 사용해보도록 하고

with other instruments from different points of view,

다른 관점에서 내부를 관찰하며 도구를 어떻게 사용하는지 봤습니다.

without caring that much about what was touched around.

주변을 건드리지 않는지 크게 신경쓰지 않고도 말이죠.

And here you see the soft robot in action,

이제 유연한 로봇의 활약을 보시죠.

and it just goes inside.

몸속으로 들어갑니다.

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

이건 실제 인간의 몸이 아닌 신체 모형입니다.

It goes around.

몸속을 돌아다니죠.

You have a light, because usually,

이 영상은 밝은 상태지만 대부분 몸속은 빛이 거의 없습니다.

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

We hope.

밝으면 좋겠지만요.

(Laughter)

(웃음)

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

그런데 때로는 작은 바늘 하나만으로 끝낼 수 있는 수술도 있습니다.

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

현재 스탠포드대에서는 유연한 바늘을 연구하고 있는데요.

아주 작은 유연한 로봇으로

kind of a very tiny soft robot

which is mechanically designed to use the interaction with the tissues

몸의 조직과 상호작용하기 위해 공학적으로 디자인되어져

and steer around inside a solid organ.

단단한 몸의 장기 안을 피해서 다닐 수 있습니다.

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

그래서 종양 같은 다양한 목표물까지 도달할 수 있죠.

deep inside a solid organ

단 한 번만 삽입해도 단단한 장기의 아주 깊은 곳까지 닿을 수 있습니다.

by using one single insertion point.

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

심지어 피해야 할 몸속 장기를 피해서 목표 부분에 다다를 수 있습니다.

on the way to the target.

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

이렇게 로봇공학에 있어 지금이 아주 흥미진진한 시기임이 분명하죠.

We have robots that have to deal with soft structures,

연약한 사물들에 대처 가능한 로봇이 있다는 사실은

so this poses new and very challenging questions

새롭고 아주 도전적인 질문을 던집니다.

for the robotics community,

로봇공학 분야에 말이죠.

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

물론 우리는 유연한 로봇의 몸체를 어떻게 조종하고

how to put sensors on these very flexible structures.

센서를 어떻게 적용해야하는지를 이제 막 배우기 시작했습니다.

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

자연이 수백만 년간의 진화를 통해 깨달은 사실에 다다르기까지는

in millions of years of evolution.

아직 멀었다는 것을 압니다.

But one thing I know for sure:

그러나 한 가지 확신하는 것은

robots will be softer and safer,

로봇은 앞으로 더 부드러워지고 안전해질 것이며

and they will be out there helping people.

세상에 나가 사람들을 도울 것이라는 사실입니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)