In 2015, 25 teams from around the world competed to build robots for disaster response that could perform a number of tasks, such as using a power tool, working on uneven terrain and driving a car. That all sounds impressive, and it is, but look at the body of the winning robot, HUBO. Here, HUBO is trying to get out of a car, and keep in mind, the video is sped up three times.
2015'te dünyanın farklı yerlerinden 25 takım afetlere müdahale için robotlar yapmak üzere yarıştılar; bunlar elektrikli araç kullanma, engebeli arazide çalışma, ve araba sürme gibi görevleri yerine getirebiliyorlardı. Tüm bunlar etkileyici geliyor, öyle de fakat kazanan robot HUBO'nun vücuduna bir bakın. İşte, HUBO arabadan inmeye çalışıyor. Aklınızda bulunsun, bu video üç kat hızlandırılmış.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
HUBO, from team KAIST out of Korea, is a state-of-the-art robot with impressive capabilities, but this body doesn't look all that different from robots we've seen a few decades ago. If you look at the other robots in the competition, their movements also still look, well, very robotic. Their bodies are complex mechanical structures using rigid materials such as metal and traditional rigid electric motors. They certainly weren't designed to be low-cost, safe near people and adaptable to unpredictable challenges. We've made good progress with the brains of robots, but their bodies are still primitive.
Kore'den KAIST ekibinin yaptığı HUBO, etkileyici yetenekleri olan son teknoloji ürünü bir robot. Ama vücudu onlarca yıl önce gördüğümüz robotlardan çok da farklı gözükmüyor. Yarışmadaki diğer robotlara bakarsanız, onların hareketleri de oldukça robotsu gözüküyor. Vücutları, metal ve elektrikli motorlar gibi sert malzemeler kullanan karmaşık mekanik yapılardır. Kesinlikle düşük maliyetli, insanlar için güvenli ve öngörülemeyen zorluklara adapte olmak üzere tasarlanmamışlar. Robotların beyinleri açısından iyi bir gelişme kaydettik fakat vücutları hala ilkel bir halde.
This is my daughter Nadia. She's only five years old and she can get out of the car way faster than HUBO.
Bu benim kızım Nadia. Sadece beş yaşında ve HUBO'dan çok daha hızlı arabadan inebilir.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
She can also swing around on monkey bars with ease, much better than any current human-like robot could do. In contrast to HUBO, the human body makes extensive use of soft and deformable materials such as muscle and skin. We need a new generation of robot bodies that is inspired by the elegance, efficiency and by the soft materials of the designs found in nature. And indeed, this has become the key idea of a new field of research called soft robotics.
Ayrıca park demirlerinde şimdiki herhangi bir insan benzeri robottan çok daha iyi sallanabilir. HUBO'nun aksine insan vücudu kas ve deri gibi yumuşak ve biçim değiştirebilen materyallerden elinden geldiğince faydalanır. Doğanın yumuşak madde tasarımlarından, zarafeti ve verimliliğinden ilham alan yeni nesil robot vücutlarına ihtiyacımız var. Bu da yumuşak robotik denilen yeni bir araştırma alanının ana fikri haline geldi.
My research group and collaborators around the world are using soft components inspired by muscle and skin to build robots with agility and dexterity that comes closer and closer to the astonishing capabilities of the organisms found in nature. I've always been particularly inspired by biological muscle. Now, that's not surprising. I'm also Austrian, and I know that I sound a bit like Arnie, the Terminator.
Araştırma grubum ve dünya genelinden iş arkadaşlarım doğada bulunan organizmaların hayret verici yeteneklerine gittikçe daha da çok yaklaşan çevikliğe ve beceriye sahip robotlar üretmek için kas ve deriden ilham alan yumuşak bileşenler kullanıyoruz. Her zaman biyolojik kaslardan ilham almışımdır. Bu, pek şaşırtıcı değil. Avusturyalıyım ve biliyorum ki kulağa Terminatör Arnie gibi geliyorum.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
Biological muscle is a true masterpiece of evolution. It can heal after damage and it's tightly integrated with sensory neurons for feedback on motion and the environment. It can contract fast enough to power the high-speed wings of a hummingbird; it can grow strong enough to move an elephant; and it's adaptable enough to be used in the extremely versatile arms of an octopus, an animal that can squeeze its entire body through tiny holes. Actuators are for robots what muscles are for animals: key components of the body that enable movement and interaction with the world. So if we could build soft actuators, or artificial muscles, that are as versatile, adaptable and could have the same performance as the real thing, we could build almost any type of robot for almost any type of use. Not surprisingly, people have tried for many decades to replicate the astonishing capabilities of muscle, but it's been really hard.
Biyolojik kas gerçek bir evrim şaheseridir. Bir hasardan sonra iyileşebilir ve harekete ve çevreye geri bildirim vermek için duyusal nöronlarla sıkıca bütünleşmiştir. Sinek kuşunun yüksek hızlı kanatlarına güç verecek kadar hızlı kasılabilir; bir fili hareket ettirecek kadar güçlenebilir ve bütün vücudunu küçük deliklere sığdırabilen bir hayvan olan ahtapotun fazlasıyla çok yönlü kollarında kullanılacak kadar adapte olabilir. Hayvanlar için kaslar ne ise robotlar için aktüatörler de o: Hareketi ve dünyayla etkileşimi sağlayan, vücudun temel bileşenleridir. Yani gerçekleri gibi çok yönlü, uyum sağlayabilen ve aynı performansı gösterebilen yumuşak aktüatörler veya yapay kaslar yapabilirsek neredeyse her türlü kullanım için her türlü robotu üretebiliriz. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, insanlar on yıllarca kasın büyüleyici becerilerini taklit etmeyi denedi fakat bu çok zordu.
About 10 years ago, when I did my PhD back in Austria, my colleagues and I rediscovered what is likely one of the very first publications on artificial muscle, published in 1880. "On the shape and volume changes of dielectric bodies caused by electricity," published by German physicist Wilhelm Röntgen. Most of you know him as the discoverer of the X-ray. Following his instructions, we used a pair of needles. We connected it to a high-voltage source, and we placed it near a transparent piece of rubber that was prestretched onto a plastic frame. When we switched on the voltage, the rubber deformed, and just like our biceps flexes our arm, the rubber flexed the plastic frame. It looks like magic. The needles don't even touch the rubber.
Yaklaşık 10 yıl önce, Avusturya'da doktoramı yaparken ben ve iş arkadaşlarım 1880'de yayınlanan, büyük ihtimalle yapay kaslar üzerine yazılmış ilk yayınlardan birini keşfettik. Alman fizikçi Wilhelm Röntgen tarafından yayınlanan "Dielektrik cisimlerin elektrik sebebiyle biçim ve hacim değişimleri üzerine." Birçoğunuz onu X-ray'in bulucusu olarak biliyor. Onun talimatlarıyla bir çift iğne kullandık. Bunları yüksek voltajlı bir kaynağa bağlayıp plastik bir çerçeveye gerilmiş şeffaf bir lastik parçasının yanına koyduk. Voltajı açtığımızda lastik deforme oldu ve tıpkı bicepsimizin kolumuzu esnettiği gibi lastik de plastik çerçeveyi esnetti. Sihir gibi görünüyor. İğneler lastiğe dokunmuyor bile.
Now, having two such needles is not a practical way of operating artificial muscles, but this amazing experiment got me hooked on the topic. I wanted to create new ways to build artificial muscles that would work well for real-world applications. For the next years, I worked on a number of different technologies that all showed promise, but they all had remaining challenges that are hard to overcome.
Bu şekilde iki iğne kullanmak yapay kasları çalıştırmanın pratik bir yolu değil ama bu harika deney beni konuya bağladı. Gerçek uygulamalar için iyi çalışacak yapay kaslar oluşturmak için yeni yöntemler yaratmak istedim. Sonraki yıllar boyunca, umut veren birçok farklı teknoloji üzerine çalıştım ama bunların hepsi aşması zor engellere sahipti.
In 2015, when I started my own lab at CU Boulder, I wanted to try an entirely new idea. I wanted to combine the high speed and efficiency of electrically driven actuators with the versatility of soft, fluidic actuators. Therefore, I thought, maybe I can try using really old science in a new way. The diagram you see here shows an effect called Maxwell stress. When you take two metal plates and place them in a container filled with oil, and then switch on a voltage, the Maxwell stress forces the oil up in between the two plates, and that's what you see here.
2015'te, CU Boulder'da kendi laboratuvarımı kurunca tamamen yeni bir fikir denemek istedim. Elektrikli aktüatörlerin yüksek hızını ve verimliliğini, yumuşak, akışkanla çalışan aktüatörlerin çok yönlülüğüyle birleştirmek istedim. Bu nedenle düşündüm ki belki oldukça eski bilgileri yeni bir şekilde kullanmayı deneyebilirim. Gördüğünüz şema, Maxwell basıncı denilen bir etkiyi gösteriyor. İki metal levha alıp bunları yağ dolu bir kaba koyar ve sonra voltajı açarsanız Maxwell gerilmesi yağı levhaların arasından yukarıya iter. Burada bunu görüyoruz.
So the key idea was, can we use this effect to push around oil contained in soft stretchy structures? And indeed, this worked surprisingly well, quite honestly, much better than I expected. Together with my outstanding team of students, we used this idea as a starting point to develop a new technology called HASEL artificial muscles. HASELs are gentle enough to pick up a raspberry without damaging it. They can expand and contract like real muscle. And they can be operated faster than the real thing. They can also be scaled up to deliver large forces. Here you see them lifting a gallon filled with water. They can be used to drive a robotic arm, and they can even self-sense their position. HASELs can be used for very precise movement, but they can also deliver very fluidic, muscle-like movement and bursts of power to shoot up a ball into the air. When submerged in oil, HASEL artificial muscles can be made invisible.
Yani ana fikir şuydu: Bu etkiyi, yumuşak ve esnek yapılar içinde bulunan yağı hareket ettirmek için kullanabilir miyiz? Gerçekten de bu şaşırtıcı bir şekilde iyi çalıştı. Dürüst olayım, beklediğimden çok daha iyiydi. Seçkin öğrenci ekibimle birlikte bu fikri bir başlangıç noktası olarak kullanarak HASEL yapay kaslar denilen yeni bir teknoloji geliştirdik. HASEL'ler bir ahududuyu zarar vermeden alabilecek kadar nazik. Gerçek bir kas gibi genişleyip kasılabiliyorlar. Gerçeğinden daha hızlı çalıştırılabiliyorlar. Ayrıca büyük kuvvet uygulamak için yükseltilebilirler. Burada yaklaşık 4 litre su dolu bir şişeyi kaldırırken görüyorsunuz. Bir robotik kolda kullanılabilirler, hatta pozisyonlarını bile algılayabilirler. HASEL'ler oldukça ince hareketler için kullanılabilirler ama aynı zamanda oldukça akışkan, kassı hareketler ve bir topu havaya fırlatmak için güç patlamaları iletebilirler. Yağ ile kaplandığında HASEL yapay kaslar görünmez hale getirilebilirler.
So how do HASEL artificial muscles work? You might be surprised. They're based on very inexpensive, easily available materials. You can even try, and I recommend it, the main principle at home. Take a few Ziploc bags and fill them with olive oil. Try to push out air bubbles as much as you can. Now take a glass plate and place it on one side of the bag. When you press down, you see the bag contract. Now the amount of contraction is easy to control. When you take a small weight, you get a small contraction. With a medium weight, we get a medium contraction. And with a large weight, you get a large contraction. Now for HASELs, the only change is to replace the force of your hand or the weight with an electrical force. HASEL stands for "hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators." Here you see a geometry called Peano-HASEL actuators, one of many possible designs. Again, you take a flexible polymer such as our Ziploc bag, you fill it with an insulating liquid, such as olive oil, and now, instead of the glass plate, you place an electrical conductor on one side of the pouch. To create something that looks more like a muscle fiber, you can connect a few pouches together and attached a weight on one side. Next, we apply voltage. Now, the electric field starts acting on the liquid. It displaces the liquid, and it forces the muscle to contract. Here you see a completed Peano-HASEL actuator and how it expands and contracts when voltage is applied. Viewed from the side, you can really see those pouches take a more cylindrical shape, such as we saw with the Ziploc bags. We can also place a few such muscle fibers next to each other to create something that looks even more like a muscle that also contracts and expands in cross section. These HASELs here are lifting a weight that's about 200 times heavier than their own weight. Here you see one of our newest designs, called quadrant donut HASELs and how they expand and contract. They can be operated incredibly fast, reaching superhuman speeds. They are even powerful enough to jump off the ground.
Peki HASEL yapay kaslar nasıl çalışıyor? Bunun cevabına şaşırabilirsiniz. Oldukça ucuz ve kolay bulunan materyallerden yapılıyorlar. Temel prensibini evde bile deneyebilirsiniz ki bunu yapmanızı öneririm. Birkaç kilitli poşet alıp bunları zeytinyağı ile doldurun. Hava kabarcıklarını elinizden geldiğince çıkarın. Şimdi cam bir levha alın ve poşetin bir kenarına yerleştirin. Bastırınca poşetin kasıldığını görebilirsiniz. Kasılma miktarını kontrol etmek oldukça kolay. Küçük bir ağırlık alırsanız küçük bir kasılma, orta bir ağırlık alırsanız orta bir kasılma, büyük bir ağırlık alırsanız büyük bir kasılma elde edersiniz. HASEL'lar içinse tek fark elinizin veya ağırlığın uyguladığı kuvvetin elektriksel bir kuvvetle değişmesi. HASEL'ın açılımı: "Hidrolik Olarak Güçlendirilmiş İyileşebilen Elektrostatik Aktüatörler" Burada birçok olası tasarımdan biri olan Peano-HASEL aktüatörleri denilen bir geometri görüyorsunuz. Tekrardan kilitli poşet gibi esnek bir polimer alıyorsunuz, bunu zeytinyağı gibi yalıtkan bir sıvıyla dolduruyorsunuz ve bu sefer cam levha yerine kesenin bir kenarına bir elektriksel iletken koyuyorsunuz. Kas lifine daha çok benzeyen bir şey oluşturmak için birkaç keseyi birleştirip bir kenara bir ağırlık ekleyin. Sonra voltaj uygulayın. Şimdi, elektrik alanı sıvıya etki etmeye başlıyor. Sıvının yerini değiştiriyor ve kası kasılmaya zorluyor. Burada tamamlanmış bir Peano-HASEL aktüatörünü ve bunun voltaj verilince nasıl genişlediğini ve kasıldığını görüyorsunuz. Yandan inceleyince cidden keselerin daha silindirik bir şekil aldığını görebilirsiniz, kilitli poşetlerle gördüğümüz gibi. Bunun gibi birkaç kas lifini yan yana yerleştirip daha da fazla kasa benzeyen ve aynı zamanda enine genişleyip kasılabilen bir şey oluşturabiliriz. Buradaki HASEL'lar kendi ağırlıklarından yaklaşık 200 kat daha ağır bir yük kaldırıyorlar. Burada çeyrek çörek HASEL'ları dediğimiz en yeni tasarımlarımızdan birinin genişleyip kasılmasını görüyoruz. İnsanüstü hızlara ulaşacak kadar hızlı çalıştırılabilirler. Üstelik yerden zıplayabilecek kadar güçlüler.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
Overall, HASELs show promise to become the first technology that matches or exceeds the performance of biological muscle while being compatible with large-scale manufacturing. This is also a very young technology. We are just getting started. We have many ideas how to drastically improve performance, using new materials and new designs to reach a level of performance beyond biological muscle and also beyond traditional rigid electric motors. Moving towards more complex designs of HASEL for bio-inspired robotics, here you see our artificial scorpion that can use its tail to hunt prey, in this case, a rubber balloon.
Özetle, HASEL'lar biyolojik kas performansıyla eşdeğer veya daha iyi bir performansa sahip ve aynı zamanda büyük ölçekli üretimle uyumlu olan ilk teknoloji olmayı vaat ediyor. Aynı zamanda oldukça genç bir teknoloji, daha yeni başlıyoruz. Yeni materyaller ve tasarımlar kullanarak biyolojik kasın ve elektrikli motorların ötesinde bir performansa ulaşmak için birçok fikrimiz var. HASEL'in biyoloji ilhamlı robotik için daha kompleks tasarımlarından yapay akrebimizi görüyorsunuz. Kuyruğu ile avlanabiliyor. Bu örnekte, bir balon.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
Going back to our initial inspiration, the versatility of octopus arms and elephant trunks, we are now able to build soft continuum actuators that come closer and closer to the capabilities of the real thing.
Baştaki ilhamımız olan ahtapot kollarının ve fil hortumlarının çok yönlülüğüne dönersek artık gerçeğinin kabiliyetlerine gittikçe yaklaşan yumuşak süreç aktüatörleri üretebiliyoruz.
I am most excited about the practical applications of HASEL artificial muscles. They'll enable soft robotic devices that can improve the quality of life. Soft robotics will enable a new generation of more lifelike prosthetics for people who have lost parts of their bodies. Here you see some HASELs in my lab, early testing, driving a prosthetic finger.
Ben en çok HASEL yapay kasların pratik uygulamaları hakkında heyecanlıyım. Yaşam kalitesini artırabilen yumuşak robotik cihazlara olanak tanıyacak. Yumuşak robotik, vücutlarının bir kısmını kaybeden insanlar için yeni nesil daha gerçekçi protezler sağlayacaktır. Burada laboratuvarımda bazı HASEL'ler görüyorsunuz, ilk testler bir protez parmağı hareket ettiriyor.
One day, we may even merge our bodies with robotic parts. I know that sounds very scary at first. But when I think about my grandparents and the way they become more dependent on others to perform simple everyday tasks such as using the restroom alone, they often feel like they're becoming a burden. With soft robotics, we will be able to enhance and restore agility and dexterity, and thereby help older people maintain autonomy for longer parts of their lives. Maybe we can call that "robotics for antiaging" or even a next stage of human evolution. Unlike their traditional rigid counterparts, soft life-like robots will safely operate near people and help us at home.
Bir gün vücudumuzu robot parçalarıyla bile birleştirebiliriz. Kulağa ilk başta çok korkutucu geldiğini biliyorum. Dedelerimin ve tuvalete tek başına gitmek gibi günlük işlerini yapmakta dahi başkalarına bağımlı olan kişilerin daha da fazla kendilerini bir yük olarak gördüklerini düşünüyorum. Yumuşak robotiklerle çevikliği ve el becerisini geliştirerek yaşlı insanların, yaşamlarının daha uzun bölümleri için özerkliklerini korumalarına yardımcı olacağız. Belki buna "yaşlanma karşıtı robotlar" diyebiliriz ve hatta insan evriminin bir sonraki aşaması. Geleneksel katı karşılıklarının aksine yumuşak robotlar insanların yakınında güvenle çalışıp evde bize yardımcı olur.
Soft robotics is a very young field. We're just getting started. I hope that many young people from many different backgrounds join us on this exciting journey and help shape the future of robotics by introducing new concepts inspired by nature. If we do this right, we can improve the quality of life for all of us.
Yumuşak robotik çok yeni bir alan, daha yeni başlıyoruz. Umarım farklı altyapıya sahip birçok genç bu heyecan verici yolculukta bize katılır ve doğadan ilham alan yeni tasarımlar sunarak robotik geleceğini şekillendirmeye yardımcı olur. Eğer bunu doğru yaparsak hepimizin yaşam kalitesini artırabiliriz. Teşekkür ederim.
Thank you.
(Applause)
(Alkış)