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

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Tradutor: Isadora Leão Revisor: Maricene Crus

In 2015, 25 teams from around the world

Em 2015,

25 times do mundo inteiro competiram para construir robôs

competed to build robots for disaster response

que respondessem a desastres e realizassem inúmeras tarefas,

that could perform a number of tasks,

such as using a power tool,

como usar uma ferramenta elétrica, trabalhar em um terreno irregular,

working on uneven terrain

and driving a car.

e dirigir um carro.

That all sounds impressive, and it is,

Isso tudo soa impressionante, e de fato é,

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

mas olhem para o corpo do robô vencedor, HUBO.

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

Aqui, HUBO está tentando sair do carro,

and keep in mind,

mas fiquem sabendo

the video is sped up three times.

que o vídeo foi acelerado três vezes.

(Laughter)

(Risos)

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

HUBO, do time KAIST da Coreia, é um robô de última geração

with impressive capabilities,

com capacidades impressionantes,

but this body doesn't look all that different

mas o corpo dele não parece tão diferente dos robôs que vimos há algumas décadas.

from robots we've seen a few decades ago.

If you look at the other robots in the competition,

Se observamos outros robôs da competição,

their movements also still look, well, very robotic.

vemos que os movimentos deles ainda parecem bem robóticos.

Their bodies are complex mechanical structures

Seus corpos são estruturas mecânicas complexas,

using rigid materials

feitas de materiais rígidos

such as metal and traditional rigid electric motors.

como metal e motores tradicionais, duros e elétricos.

They certainly weren't designed

Eles com certeza não foram feitos

to be low-cost, safe near people

para serem de baixo custo, seguros para as pessoas

and adaptable to unpredictable challenges.

e adaptáveis a desafios imprevisíveis.

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

Fizemos um bom progresso no cérebro dos robôs,

mas o corpo deles ainda é primitivo.

but their bodies are still primitive.

This is my daughter Nadia.

Essa é a minha filha Nadia.

She's only five years old

Ela tem só cinco anos de idade

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

e consegue sair do carro muito mais rápido que o HUBO.

(Laughter)

(Risos)

She can also swing around on monkey bars with ease,

Ela também se balança facilmente em trepa-trepas,

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

muito melhor do que qualquer robô humanoide atual.

In contrast to HUBO,

Em contraste com o HUBO,

the human body makes extensive use of soft and deformable materials

o corpo humano faz uso extensivo de materiais moles e deformáveis

such as muscle and skin.

como músculos e pele.

We need a new generation of robot bodies

Precisamos de uma nova geração de corpo de robôs

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

que sejam inspirados pela elegância, eficiência e pelos materiais moles

of the designs found in nature.

dos designs que encontrados na natureza.

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

De fato,

isso tem se transformado na ideia central

de um novo campo de pesquisa chamado robótica mole.

called soft robotics.

My research group and collaborators around the world

Meu grupo de pesquisa e colaboradores de todo o mundo

are using soft components inspired by muscle and skin

estão usando componentes leves inspirados nos músculos e na pele

to build robots with agility and dexterity

para construir robôs com agilidade e destreza

that comes closer and closer

que se aproximem cada vez mais

to the astonishing capabilities of the organisms found in nature.

às maravilhosas capacidades dos organismos encontrados na natureza.

I've always been particularly inspired by biological muscle.

Sempre fui particularmente inspirado pelo músculo biológico.

Now, that's not surprising.

Isso não é surpreendente.

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

Também sou austríaco, e sei que lembro um pouco o Arnold, o Exterminador.

(Laughter)

(Risos)

O músculo biológico é uma verdadeira obra-prima da evolução.

Biological muscle is a true masterpiece of evolution.

Ele se cura depois de dano

It can heal after damage

and it's tightly integrated with sensory neurons

e é intrinsecamente integrado aos neurônios sensoriais

for feedback on motion and the environment.

para resposta aos movimentos e ao ambiente.

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

Pode se contrair rápido o suficiente para dar energia às rápidas asas

of a hummingbird;

de um beija-flor;

it can grow strong enough to move an elephant;

pode crescer forte o suficiente para mover um elefante;

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

e é suficientemente adaptável para ser usado nos braços extremamente versáteis

of an octopus,

de um polvo,

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

um animal que consegue espremer seu corpo através de buracos apertados.

Actuators are for robots what muscles are for animals:

Atuadores são para os robôs o que os músculos são para os animais:

key components of the body

componentes-chaves para o corpo

that enable movement and interaction with the world.

que permitem movimentos e interações com o mundo.

So if we could build soft actuators,

Se conseguimos construir atuadores moles,

or artificial muscles,

ou músculos artificiais,

that are as versatile, adaptable

que sejam tão versáteis, adaptáveis com o mesmo desempenho que o autêntico,

and could have the same performance as the real thing,

we could build almost any type of robot

poderemos construir quase qualquer tipo de robô

for almost any type of use.

para quase todos os usos.

Not surprisingly, people have tried for many decades

Não é surpresa que pessoas tenham tendado, por muitas décadas,

to replicate the astonishing capabilities of muscle,

replicar as maravilhosas capacidades dos músculos,

but it's been really hard.

mas tem sido muito difícil.

About 10 years ago,

Dez anos atrás,

when I did my PhD back in Austria,

quando fiz meu pós-doutorado na Áustria,

my colleagues and I rediscovered

eu e meus colegas redescobrimos

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

o que é provavelmente uma das primeiras publicações sobre músculos artificiais,

published in 1880.

publicada em 1880,

sobre as mudanças no formato e no volume de corpos dielétricos

"On the shape and volume changes of dielectric bodies

caused by electricity,"

causados pela eletricidade,

published by German physicist Wilhelm Röntgen.

escrita pelo físico alemão Wilhelm Röntgen.

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

A maioria de vocês o conhece pela descoberta do raio-x.

Following his instructions, we used a pair of needles.

Seguindo as suas instruções, usamos um par de agulhas.

We connected it to a high-voltage source,

As conectamos a uma fonte de alta voltagem

and we placed it near a transparent piece of rubber

e pusemos perto de um pedaço de borracha transparente,

that was prestretched onto a plastic frame.

previamente esticada em uma moldura plástica.

When we switched on the voltage,

Quando ligamos a voltagem,

the rubber deformed,

a borracha deformou-se,

and just like our biceps flexes our arm,

e como no bíceps flexiona o nosso braço,

the rubber flexed the plastic frame.

a borracha flexionou a moldura plástica.

It looks like magic.

Parece magia.

The needles don't even touch the rubber.

As agulhas nem tocam a borracha.

Now, having two such needles is not a practical way

Ter duas agulhas dessas não é um jeito prático

of operating artificial muscles,

de operar músculos artificiais,

but this amazing experiment got me hooked on the topic.

mas esse maravilhoso experimento me prendeu nesse tópico.

I wanted to create new ways to build artificial muscles

Eu queria criar novos jeitos de construir músculos artificiais

that would work well for real-world applications.

que funcionassem bem em aplicações da vida real.

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

Nos anos seguintes, trabalhei em várias tecnologias diferentes

that all showed promise,

que mostraram-se promissoras,

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

mas todas ainda tinham desafios pendentes difíceis de serem superados.

In 2015,

Em 2015,

when I started my own lab at CU Boulder,

quando comecei a pesquisar na Universidade do Colorado,

I wanted to try an entirely new idea.

eu queria experimentar uma nova área.

I wanted to combine the high speed and efficiency

Eu queria combinar a alta velocidade e a eficiência

of electrically driven actuators

de atuadores elétricos

with the versatility of soft, fluidic actuators.

com a versatilidade de atuadores leves e fluidos.

Therefore, I thought,

Então, eu pensei que talvez pudesse tentar usar ciência velha de uma maneira nova.

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

The diagram you see here

O diagrama que veem aqui

shows an effect called Maxwell stress.

mostra um experimento chamado tensor de Maxwell.

When you take two metal plates

Se usamos duas placas de metal

and place them in a container filled with oil,

e as colocamos num contêiner cheio de óleo,

and then switch on a voltage,

e ligamos alguma voltagem,

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

o tensor de Maxwell força o óleo para o meio das duas placas,

and that's what you see here.

e é isso que veem aqui.

So the key idea was,

A ideia central era:

can we use this effect to push around oil

"Será que conseguimos usar esse efeito para empurrar o óleo

contained in soft stretchy structures?

contido em estruturas moles que esticam?"

And indeed, this worked surprisingly well,

E sim, isso funcionou surpreendentemente bem.

quite honestly, much better than I expected.

Honestamente, muito melhor do que eu esperava.

Together with my outstanding team of students,

Com minha ótima equipe de alunos, usamos essa ideia como ponto de partida

we used this idea as a starting point

to develop a new technology called HASEL artificial muscles.

para criar uma nova tecnologia chamada músculos artificiais HASEL.

HASELs are gentle enough to pick up a raspberry

HASELs são gentis o suficiente para recolher framboesas

sem estragá-las.

without damaging it.

They can expand and contract like real muscle.

Eles podem se expandir e contrair como um músculo real.

And they can be operated faster than the real thing.

E podem ser operados mais rápido que eles.

They can also be scaled up to deliver large forces.

Também podem ser aumentados para suportar maiores forças.

Here you see them lifting a gallon filled with water.

Aqui podemos vê-los levantando um galão cheio de água.

Eles podem ser usados para dirigir um braço robótico,

They can be used to drive a robotic arm,

and they can even self-sense their position.

e até mesmo sentir sozinhos suas posições.

HASELs can be used for very precise movement,

HASELs podem ser usados para movimentos bastante precisos,

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

mas também podem realizar movimentos fluidos e musculares

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

e impulsos de força para arremessar uma bola ao ar.

When submerged in oil,

Quando submerso em óleo,

HASEL artificial muscles can be made invisible.

os músculos artificiais HASEL podem se tornar invisíveis.

So how do HASEL artificial muscles work?

Então como o músculo artificial HASEL funciona?

You might be surprised.

Talvez fiquem surpresos.

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

Ele baseia-se em materiais baratos e de fácil acesso.

You can even try, and I recommend it,

Vocês podem até testar, e recomendo,

the main principle at home.

o princípio central em casa.

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

Peguem alguns sacos Ziploc e encham com azeite de oliva.

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

Tentem tirar o máximo possível de bolhas de ar.

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

Então peguem um prato de vidro e coloquem de um lado do saco.

When you press down, you see the bag contract.

Ao pressioná-lo, verão o saco flexionando.

Now the amount of contraction is easy to control.

O tamanho da flexão é fácil de controlar.

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

Para algo que pesa pouco, a flexão é pequena.

Com um peso médio, temos uma flexão média.

With a medium weight, we get a medium contraction.

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

Com algo pesado, temos uma grande flexão.

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

Para os HASELs, a única mudança é substituir a força ou o peso de sua mão

or the weight with an electrical force.

por uma força elétrica.

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

HASEL significa "Hydraulically Amplified Self-Healing Electrostatic Actuators".

Here you see a geometry called Peano-HASEL actuators,

Aqui podemos ver a geometria chamada atuadores Peano-HASEL,

one of many possible designs.

um dos vários designs possíveis.

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

De novo, usamos um polímero flexível, como o saco Ziploc,

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

o enchemos com algum líquido isolante, como azeite de oliva,

and now, instead of the glass plate,

e agora, em vez de um prato de vidro,

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

colocamos um condutor elétrico de um lado do saco.

To create something that looks more like a muscle fiber,

Para criar algo mais semelhante a uma fibra muscular,

you can connect a few pouches together

podemos conectar alguns sacos

and attached a weight on one side.

e anexar um peso em um dos lados.

Next, we apply voltage.

Depois, aplicamos voltagem.

Now, the electric field starts acting on the liquid.

Agora, um campo elétrico começa a agir sobre o líquido.

It displaces the liquid,

Ele desloca o líquido

and it forces the muscle to contract.

e força o músculo a contrair-se.

Here you see a completed Peano-HASEL actuator

Aqui podemos ver um atuador HASEL-Peano completo

and how it expands and contracts when voltage is applied.

e como ele se expande e contrai quando se aplica voltagem.

Viewed from the side,

Visto de lado,

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

podemos ver os sacos tomando um formato mais cilíndrico

such as we saw with the Ziploc bags.

como vimos com os sacos Ziploc.

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

Também podemos colocar essas fibras musculares do lado uma da outra

to create something that looks even more like a muscle

para criar algo ainda mais parecido com um músculo

that also contracts and expands in cross section.

e que também se expande e contrai.

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

Estes HASELs estão levantando um peso aproximadamente 200 vezes

than their own weight.

mais pesado que eles.

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

Aqui vemos um de nossos novos designs, chamado HASEL donut quadrante

and how they expand and contract.

e como eles expandem e contraem.

They can be operated incredibly fast, reaching superhuman speeds.

Eles operados muito rapidamente, atingindo velocidades super-humanas.

They are even powerful enough to jump off the ground.

Eles têm força até mesmo para pular.

(Laughter)

(Risos)

Overall, HASELs show promise to become the first technology

Sobretudo, HASEL promete se tornar a primeira tecnologia

that matches or exceeds the performance of biological muscle

que supera o desempenho do músculo biológico

sendo compatível com a produção em larga escala.

while being compatible with large-scale manufacturing.

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

É também uma tecnologia muito nova, estamos apenas começando.

We have many ideas how to drastically improve performance,

Temos muitas ideias de como melhorar seu desempenho

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

usando novos materiais e designs para atingir um nível de desempenho

além do músculo biológico e tradicionais motores elétricos e rígidos.

beyond biological muscle and also beyond traditional rigid electric motors.

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

Avançando para designs mais complexos e inspirados na biologia,

here you see our artificial scorpion

aqui vemos nosso escorpião artificial

that can use its tail to hunt prey,

que usa o rabo para caçar presas.

in this case, a rubber balloon.

Nesse caso, um balão de borracha.

(Laughter)

(Risos)

Going back to our initial inspiration,

Voltando à nossa inspiração inicial,

the versatility of octopus arms and elephant trunks,

a versatilidade dos braços do polvo e da tromba de elefantes,

we are now able to build soft continuum actuators

agora conseguimos construir atuadores moles e contínuos

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

que chegam cada vez mais perto das capacidades reais de um músculo.

I am most excited about the practical applications

Estou muito animado com as aplicações práticas

of HASEL artificial muscles.

dos músculos artificiais HASEL.

They'll enable soft robotic devices

Eles proporcionarão aparelhos robóticos moles

that can improve the quality of life.

que podem melhorar a qualidade de vida.

Soft robotics will enable a new generation of more lifelike prosthetics

A robótica mole possibilitará uma nova geração de próteses realistas

for people who have lost parts of their bodies.

para pessoas que sofreram amputações.

Here you see some HASELs in my lab,

Aqui vemos alguns HASELs no meu laboratório

early testing, driving a prosthetic finger.

operando uma prótese de dedo em testes iniciais.

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

Algum dia, poderemos talvez até fundir o nosso corpo com partes robóticas.

I know that sounds very scary at first.

Pode parecer assustador à primeira vista.

But when I think about my grandparents

Mas quando penso nos meus avós

and the way they become more dependent on others

e em como eles ficaram dependentes de outras pessoas

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

para realizar atividades diárias, como ir ao banheiro,

they often feel like they're becoming a burden.

eles sentem com frequência que são fardos.

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

Com a robótica mole, poderemos melhorar e reestabelecer

agility and dexterity,

agilidade e destreza,

and thereby help older people maintain autonomy

e assim ajudar pessoas mais velhas a manterem sua autonomia

for longer parts of their lives.

por mais tempo.

Talvez dê para chamar isso de "robótica anti-idade"

Maybe we can call that "robotics for antiaging"

or even a next stage of human evolution.

ou até mesmo do próximo passo na evolução humana.

Unlike their traditional rigid counterparts,

Diferentemente da sua alternativa dura,

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

robôs moles poderão operar com segurança perto de pessoas e nos ajudar em casa.

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

A robótica mole é um campo muito novo, estamos apenas começando.

I hope that many young people from many different backgrounds

Espero que jovens de diferentes contextos se juntem a essa jornada emocionante

join us on this exciting journey

and help shape the future of robotics

e ajudem a moldar o futuro da robótica

by introducing new concepts inspired by nature.

introduzindo novos conceitos inspirados na natureza.

If we do this right,

Se acertarmos,

we can improve the quality of life

podemos melhorar a qualidade de vida de todos nós.

for all of us.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)