The incredible potential of flexible, soft robots | Giada Gerboni

Переводчик: Milena Valdes Darias Редактор: Alena Chernykh

So, robots.

Итак... Роботы.

Robots can be programmed

Роботы призваны

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

выполнять одинаковые задачи миллионы раз с минимальным числом ошибок.

something very difficult for us, right?

Что очень сложно для людей, верно?

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

Очень занятно смотреть, как они работают.

Look at them.

Посмотрите на них!

I could watch them for hours.

Я могу смотреть на них часами.

No?

Нет?

What is less impressive

Но положение может измениться,

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

если перенести робота за стены фабрики,

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

где окружающая обстановка не упорядочена и не организована идеально,

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

чтобы выполнить даже элементарную задачу, не требующую сверхточности...

this is what can happen.

И вот что происходит.

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

Например, для открытия двери не нужна большая точность.

(Laughter)

(Смех)

Or a small error in the measurements,

Или небольшая ошибка в измерениях —

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

и он промахнулся мимо вентиля...

(Laughter)

(Смех)

with no way of recovering, most of the time.

Часто без шансов на восстановление.

So why is that?

Так в чём причина?

Well, for many years,

В течение многих лет

robots have been designed to emphasize speed and precision,

роботы совершенствовались в скорости и точности,

and this translates into a very specific architecture.

что отражалось в особенностях их конструкции.

If you take a robot arm,

Возьмём роботизированную руку —

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

это определённая структура взаимосвязанных частей

and motors, what we call actuators,

и моторов-приводов,

they move the links about the joints.

которые перемещаются друг относительно друга.

In this robotic structure,

Для такой структуры

you have to perfectly measure your environment,

требуется чётко организованное пространство,

so what is around,

просчитанная среда.

and you have to perfectly program every movement

Важно предусмотреть и запрограммировать каждое движение

of the robot joints,

частей робота,

because a small error can generate a very large fault,

потому что даже маленькая погрешность может спровоцировать сбой.

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

Можно что-то повредить или вывести робота из строя,

if something is harder.

если случается что-то серьёзное.

So let's talk about them a moment.

Давайте поразмышляем об этом.

And don't think about the brains of these robots

Только не думайте о мозге этих роботов

or how carefully we program them,

или о том, достаточно ли хорошо мы их программируем.

but rather look at their bodies.

Давайте посмотрим на их корпус.

There is obviously something wrong with it,

Что-то явно с ними не так...

because what makes a robot precise and strong

Потому что то, что делает робота точным и сильным,

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

также делает его ужасно неэффективным в реальном мире,

because their body cannot deform

так как он не обладает пластичностью,

or better adjust to the interaction with the real world.

не может подстраиваться для взаимодействия с окружающей средой.

So think about the opposite approach,

Что, если подойти с другой стороны,

being softer than anything else around you.

стать мягче, чем окружающие объекты?

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

Может показаться, что невозможно что-либо делать, если ты слишком мягкий.

probably.

Возможно.

Well, nature teaches us the opposite.

Однако природа демонстрирует обратное.

For example, at the bottom of the ocean,

Например, на дне океана,

under thousands of pounds of hydrostatic pressure,

под многотонным гнётом гидростатического давления,

a completely soft animal

обитает суперпластичное существо, которое легко передвигается

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

и взаимодействует с объектами намного твёрже себя.

He walks by carrying around this coconut shell

Вот оно перетаскивает кокосовые скорлупки

thanks to the flexibility of his tentacles,

благодаря пластичности своих щупалец,

which serve as both his feet and hands.

которые служат ему ногами и руками.

And apparently, an octopus can also open a jar.

Очевидно, осьминог может даже открыть банку.

It's pretty impressive, right?

Впечатляюще, не так ли?

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

И это явно не только благодаря возможностям его мозга,

but also by his body,

но и благодаря особенностям его тела.

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

Это яркий пример, я бы сказала, ярчайший пример

of embodied intelligence,

телесного интеллекта,

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

вида интеллекта живых организмов.

We all have that.

У всех у нас он есть.

Our body, its shape, material and structure,

Наше тело, его формы, состав и структура

plays a fundamental role during a physical task,

играет основополагающую роль в физической активности.

because we can conform to our environment

Мы можем приспосабливаться к среде,

so we can succeed in a large variety of situations

что эффективно в большом диапазоне условий

without much planning or calculations ahead.

без предварительного планирования и сложных вычислений.

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

Так почему бы нам не задействовать этот телесный интеллект

into our robotic machines,

в наших роботах,

to release them from relying on excessive work

чтобы освободить их от избыточных операций

on computation and sensing?

по вычислению и оценке?

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

Чтобы это сделать, можно использовать стратегию природы,

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

которая в процессе эволюции неплохо поработала

in designing machines for environment interaction.

над дизайном существ для эксплуатации в естественной среде.

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

И легко заметить, что природа часто использует мягкие материалы,

and stiff material sparingly.

а твёрдые материалы — избирательно.

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

Этот процесс сейчас происходит в новом направлении робототехники,

which is called "soft robotics,"

которое называют «мягкие роботы».

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

Его основная цель — не делать сверхточные машины,

because we've already got them,

потому что у нас уже есть такие,

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

а сделать роботов, способных работать в условиях естественной неопределённости,

so able to go out there.

способных выйти в реальный мир.

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

Мягкость роботу придают композитные материалы,

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

которые делают из материалов и структур, способных подвергаться большой деформации.

so no more rigid links,

Больше никаких жёстких соединений.

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

Для осуществления движений используется распределённый привод,

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

так как мы постоянно должны контролировать форму этого пластичного корпуса,

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

что требует наличия большого количества связок и суставов.

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

Но при этом отсутствует какая-либо жёсткая структура.

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

Представьте себе, насколько отличается процесс сборки мягкого робота

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

от обычного, в котором есть соединения, шестерёнки и винты,

that you must combine in a very defined way.

соединяющиеся строго определённым образом.

In soft robots, you just build your actuator from scratch

В мягких роботах вы сразу делаете привод

most of the time,

в большинстве случаев

but you shape your flexible material

и формируете пластичный материал в форму,

to the form that responds to a certain input.

которая соответствует конкретной задаче.

For example, here, you can just deform a structure

Например, здесь вы просто деформируете структуру,

doing a fairly complex shape

придавая ей сложную форму.

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

Попробуйте сделать то же самое с обычными твёрдыми соединениями.

and here, what you use is just one input,

Здесь же вы используете только одну вводную,

such as air pressure.

например, давление воздуха.

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

Давайте рассмотрим различные примеры мягких роботов.

Here is a little cute guy developed at Harvard University,

Этот малыш разработан в Гарварде.

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

Он работает благодаря волнам давления в его корпусе,

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

благодаря своей пластичности он смог проскользнуть под низкой перегородкой,

keep walking,

и продолжить движение.

and then keep walking a little bit different afterwards.

Но далее он продолжает движение немного по-другому.

And it's a very preliminary prototype,

И это очень сырой прототип.

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

Они также сделали версию робота с бортовым электропитанием.

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

Он может функционировать в условиях сложного реального мира,

like a car passing it over it ...

например, попасть под автомобиль...

and keep working.

и продолжать двигаться.

It's cute.

Он классный.

(Laughter)

(Смех)

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

Или рыба-робот, которая плавает как настоящая рыба в воде

simply because it has a soft tail with distributed actuation

благодаря мягкому хвосту, содержащему привод,

using still air pressure.

используя давление воздуха.

That was from MIT,

Этот робот из МТИ.

and of course, we have a robotic octopus.

И, разумеется, робот-осьминог.

This was actually one of the first projects

Кстати, это был один из первых проектов,

developed in this new field of soft robots.

разработанных в мягкой робототехнике.

Here, you see the artificial tentacle,

Вы видите искусственное щупальце,

but they actually built an entire machine with several tentacles

но они также сделали целого робота с несколькими щупальцами.

they could just throw in the water,

Его можно просто бросить в воду,

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

и он сможет плавать, исследуя морское дно,

in a different way than rigid robots would do.

но не так, как это делают жёсткие роботы.

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

Что очень важно для чувствительной среды, такой как коралловые рифы.

Let's go back to the ground.

Давайте вернёмся на сушу.

Here, you see the view

Здесь вы видите

from a growing robot developed by my colleagues in Stanford.

«растущего» робота, разработанного моими коллегами из Стэнфорда.

You see the camera fixed on top.

Вид с камеры, закреплённой сверху.

And this robot is particular,

И этот робот особенный,

because using air pressure, it grows from the tip,

потому что, он растёт, используя давление газа,

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

в то время как остальная его часть твёрдо закреплена в среде.

And this is inspired by plants, not animals,

Здесь вдохновителями были не животные, а растения,

which grows via the material in a similar manner

которые врастают в поверхность аналогичным образом

so it can face a pretty large variety of situations.

и сталкиваются с большим разнообразием различных ситуаций.

But I'm a biomedical engineer,

Но я инженер-биомедик,

and perhaps the application I like the most

и, пожалуй, моё самое любимое применение роботов —

is in the medical field,

в медицинской сфере.

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

Представьте тесное взаимодействие с человеческим телом

than actually going inside the body,

или даже внутри него,

for example, to perform a minimally invasive procedure.

например, для выполнения наименее травмирующей процедуры.

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

Такие роботы могут очень пригодиться хирургам,

because they must enter the body

ведь им приходится проникать в тело,

using small holes and straight instruments,

используя малые отверстия и твёрдые негибкие инструменты.

and these instruments must interact with very delicate structures

И эти инструменты должны взаимодействовать с очень тонкими структурами

in a very uncertain environment,

в очень нестандартной среде

and this must be done safely.

и действовать безопасно.

Also bringing the camera inside the body,

А ввод камеры внутрь тела

so bringing the eyes of the surgeon inside the surgical field

для дополнительного визуального контроля —

can be very challenging if you use a rigid stick,

очень сложная манипуляция, если использовать что-то негнущееся,

like a classic endoscope.

например классический эндоскоп.

With my previous research group in Europe,

С моей предыдущей группой исследователей из Европы

we developed this soft camera robot for surgery,

мы разработали хирургическую камеру,

which is very different from a classic endoscope,

которая очень отличается от обычного эндоскопа тем,

which can move thanks to the flexibility of the module

что она может передвигаться с помощью пластичных модулей,

that can bend in every direction and also elongate.

которые могут сгибаться и удлиняться в любом направлении.

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

Она использовалась хирургами для контроля манипуляций

with other instruments from different points of view,

с различными инструментами с разных точек обзора

without caring that much about what was touched around.

без страха задеть что-то лишнее.

And here you see the soft robot in action,

Здесь вы видите мягкого робота в действии,

and it just goes inside.

вот он проникает внутрь.

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

Это модель тела, не настоящее тело.

It goes around.

Он осматривается вокруг.

You have a light, because usually,

Есть лампочка, потому что обычно

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

в теле не бывает большого количества источников света.

We hope.

Мы надеемся...

(Laughter)

(Смех)

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

Иногда хирургическая операция может быть проведена лишь одной иглой.

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

И сейчас в Стэнфорде мы работаем над очень пластичной хирургической иглой,

kind of a very tiny soft robot

чем-то вроде маленького мягкого робота,

which is mechanically designed to use the interaction with the tissues

который спроектирован для взаимодействия с тканями

and steer around inside a solid organ.

и действует внутри целостного органа.

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

Это позволяет иметь доступ к различным целям типа опухоли,

deep inside a solid organ

расположенной внутри органа,

by using one single insertion point.

используя небольшой прокол для введения.

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

И мы можем даже обходить структуры, которые нельзя задевать,

on the way to the target.

на пути к цели.

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

Это действительно уникальное время для робототехники!

We have robots that have to deal with soft structures,

Необходимость работы с мягкими структурами

so this poses new and very challenging questions

ставит сложные задачи

for the robotics community,

перед разработчиками роботов.

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

И мы только учимся, как контролировать

how to put sensors on these very flexible structures.

и располагать сенсоры на этих пластичных структурах.

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

Разумеется, мы ещё даже не приблизились к тому,

in millions of years of evolution.

что природа сумела достичь за миллионы лет эволюции.

But one thing I know for sure:

Но в одном я точно уверена:

robots will be softer and safer,

роботы будут мягче и безопаснее

and they will be out there helping people.

и они будут окружать нас, помогая людям.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)