So, robots. Robots can be programmed to do the same task millions of times with minimal error, something very difficult for us, right? And it can be very impressive to watch them at work. Look at them. I could watch them for hours. No? What is less impressive is that if you take these robots out of the factories, where the environments are not perfectly known and measured like here, to do even a simple task which doesn't require much precision, this is what can happen. I mean, opening a door, you don't require much precision.
Entonces, los robots... Los robots pueden programarse para hacer lo mismo millones de veces con un margen de error mínimo, lo que para nosotros es muy difícil, ¿verdad? Verlos trabajar puede ser realmente impresionante. Mírenlos. Me pasaría horas mirándolos. ¿No? Lo que no es tan impresionante es que, fuera de la fábrica, donde el entorno no es del todo conocido y no está totalmente calibrado, hasta una tarea simple que no requiere mucha precisión puede resultar en esto. A ver, abrir una puerta no requiere mucha precisión.
(Laughter)
(Risas)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
O, por un pequeño error de medida, no llega a la válvula y ya está.
(Laughter)
(Risas)
with no way of recovering, most of the time.
La mayoría de las veces no hay forma de corregir.
So why is that? Well, for many years, robots have been designed to emphasize speed and precision, and this translates into a very specific architecture. If you take a robot arm, it's a very well-defined set of rigid links and motors, what we call actuators, they move the links about the joints. In this robotic structure, you have to perfectly measure your environment, so what is around, and you have to perfectly program every movement of the robot joints, because a small error can generate a very large fault, so you can damage something or you can get your robot damaged if something is harder.
¿Por qué pasa esto? Bueno, desde hace muchos años el diseño de robots hace hincapié en la velocidad y la precisión, dando como resultado una arquitectura muy específica. Un brazo robótico es un conjunto muy bien definido de elementos rígidos y de motores llamados "actuadores", que hacen mover las articulaciones. Esta estructura requiere una medición precisa del entorno, es decir, de lo que está alrededor, y una perfecta programación de cada movimiento de las articulaciones del robot, porque un error pequeño puede generar una falla muy grande, con lo que se puede dañar algo o se puede dañar el robot, si se golpea contra algo más duro.
So let's talk about them a moment. And don't think about the brains of these robots or how carefully we program them, but rather look at their bodies. There is obviously something wrong with it, because what makes a robot precise and strong also makes them ridiculously dangerous and ineffective in the real world, because their body cannot deform or better adjust to the interaction with the real world. So think about the opposite approach, being softer than anything else around you. Well, maybe you think that you're not really able to do anything if you're soft, probably. Well, nature teaches us the opposite. For example, at the bottom of the ocean, under thousands of pounds of hydrostatic pressure, a completely soft animal can move and interact with a much stiffer object than him. He walks by carrying around this coconut shell thanks to the flexibility of his tentacles, which serve as both his feet and hands. And apparently, an octopus can also open a jar. It's pretty impressive, right?
Hablemos de estos robots por un momento. Pero no piensen en el cerebro que tienen, ni en lo bien programados que están. Fíjense más bien en sus cuerpos. Es obvio que algo está mal, porque lo que hace que un robot sea preciso y fuerte, también lo hace ridículamente peligroso e inefectivo en el mundo real, porque su cuerpo no se deforma ni se adapta a la interacción con el mundo real. Pensemos entonces en el enfoque opuesto: ser más blando que todo lo que nos rodea. Tal vez les parezca que ser blando no sirve prácticamente para nada. Bueno, la naturaleza nos enseña lo contrario. En el fondo del océano, por ejemplo, sometido a miles de kilos de presión hidrostática, un animal completamente blando es capaz de moverse e interactuar con un objeto mucho más rígido. Camina llevando una cáscara de coco gracias a sus tentáculos flexibles, que le sirven a modo de pies y de manos. Y, aparentemente, un pulpo también es capaz de abrir un frasco. Es bastante impresionante, ¿no?
But clearly, this is not enabled just by the brain of this animal, but also by his body, and it's a clear example, maybe the clearest example, of embodied intelligence, which is a kind of intelligence that all living organisms have. We all have that. Our body, its shape, material and structure, plays a fundamental role during a physical task, because we can conform to our environment so we can succeed in a large variety of situations without much planning or calculations ahead.
Es obvio que esto no es posible únicamente gracias al cerebro del animal; también tiene que ver con su cuerpo. Es, tal vez, el ejemplo más claro de la inteligencia corporal, un tipo de inteligencia que tienen todos los organismos vivos. Todos nosotros la tenemos. La forma, el material y la estructura de nuestro cuerpo juegan un papel fundamental para hacer una tarea física, porque nos permiten adaptarnos al entorno y resolver con éxito una variedad de situaciones sin mucha planificación ni cálculos previos.
So why don't we put some of this embodied intelligence into our robotic machines, to release them from relying on excessive work on computation and sensing? Well, to do that, we can follow the strategy of nature, because with evolution, she's done a pretty good job in designing machines for environment interaction. And it's easy to notice that nature uses soft material frequently and stiff material sparingly. And this is what is done in this new field of robotics, which is called "soft robotics," in which the main objective is not to make super-precise machines, because we've already got them, but to make robots able to face unexpected situations in the real world, so able to go out there. And what makes a robot soft is first of all its compliant body, which is made of materials or structures that can undergo very large deformations, so no more rigid links, and secondly, to move them, we use what we call distributed actuation, so we have to control continuously the shape of this very deformable body, which has the effect of having a lot of links and joints, but we don't have any stiff structure at all.
Entonces, ¿por qué no diseñar robots con un poco de esta inteligencia corporal, para que no requieran tanto trabajo, tanto cálculo y tantos sensores? Para eso, podemos seguir la estrategia de la naturaleza, que, a lo largo de la evolución, ha diseñado máquinas excelentes para interactuar con el medio. Es fácil darse cuenta de que la naturaleza usa materiales blandos frecuentemente y materiales rígidos en forma esporádica. Y esto es lo que hacemos en este nuevo campo de la robótica que se llama "robótica blanda", donde el objetivo principal no es diseñar máquinas súper precisas, porque ya las tenemos, sino diseñar robots capaces de afrontar situaciones inesperadas en el mundo real, capaces de salir al mundo. Para hacer un robot blando, lo primero que se necesita es un cuerpo maleable, hecho de materiales o estructuras con gran capacidad de deformación, así que no más elementos rígidos. En segundo lugar, para moverlo, usamos "actuación distribuida". Quiere decir que controlamos continuamente la forma de ese cuerpo tan deformable, produciendo el mismo efecto que tener muchos elementos rígidos y articulaciones, pero sin ninguna estructura rígida.
So you can imagine that building a soft robot is a very different process than stiff robotics, where you have links, gears, screws that you must combine in a very defined way. In soft robots, you just build your actuator from scratch most of the time, but you shape your flexible material to the form that responds to a certain input. For example, here, you can just deform a structure doing a fairly complex shape if you think about doing the same with rigid links and joints, and here, what you use is just one input, such as air pressure.
Como pueden imaginar, la construcción de un robot blando es muy distinta a la robótica tradicional, donde hay que combinar brazos, engranajes y tornillos de una forma muy definida. En la robótica blanda construimos el actuador de cero, prácticamente, la mayoría de las veces, amoldando el material flexible para que se deforme en función de un cierto estímulo. Por ejemplo, aquí podemos deformar una estructura y darle una forma que sería bastante compleja si tuviéramos que hacerla con elementos rígidos y articulaciones. Aquí usamos un solo estímulo: aire a presión.
OK, but let's see some cool examples of soft robots. Here is a little cute guy developed at Harvard University, and he walks thanks to waves of pressure applied along its body, and thanks to the flexibility, he can also sneak under a low bridge, keep walking, and then keep walking a little bit different afterwards. And it's a very preliminary prototype, but they also built a more robust version with power on board that can actually be sent out in the world and face real-world interactions like a car passing it over it ... and keep working.
Veamos algunos ejemplos interesantes de robots blandos. Aquí tenemos un amiguito simpático desarrollado en la Universidad de Harvard, que camina cuando se le aplican ondas de presión a lo largo del cuerpo. Como es flexible, también es capaz de arrastrarse debajo de un puente, pasar del otro lado, y luego seguir caminando de otra forma. Este es un prototipo muy preliminar, pero también construyeron una versión más robusta con potencia incorporada que puede salir y afrontar las interacciones con el mundo real, como ser atropellado por un auto... y seguir caminando.
It's cute.
Es lindo.
(Laughter)
(Risas)
Or a robotic fish, which swims like a real fish does in water simply because it has a soft tail with distributed actuation using still air pressure. That was from MIT, and of course, we have a robotic octopus. This was actually one of the first projects developed in this new field of soft robots. Here, you see the artificial tentacle, but they actually built an entire machine with several tentacles they could just throw in the water, and you see that it can kind of go around and do submarine exploration in a different way than rigid robots would do. But this is very important for delicate environments, such as coral reefs.
O un pez robótico que nada como un pez real simplemente porque tiene una cola blanda con actuación distribuida que funciona también con aire a presión. Ese es del MIT. Y, por supuesto, tenemos el pulpo robótico. Fue uno de los primeros proyectos en el nuevo campo de la robótica blanda. Aquí vemos el tentáculo artificial, pero en realidad construyeron una máquina entera, con varios tentáculos, que se puede tirar directamente al agua y, como ven, puede desplazarse y hacer exploraciones submarinas de una forma diferente a la de los robots rígidos. Esto es muy importante en ambientes delicados, como los arrecifes de coral.
Let's go back to the ground. Here, you see the view from a growing robot developed by my colleagues in Stanford. You see the camera fixed on top. And this robot is particular, because using air pressure, it grows from the tip, while the rest of the body stays in firm contact with the environment. And this is inspired by plants, not animals, which grows via the material in a similar manner so it can face a pretty large variety of situations.
Volviendo a la superficie, aquí tenemos una vista tomada desde un robot que crece, desarrollado por mis colegas en Stanford. Vemos la cámara adosada arriba. Lo particular es que crece por la punta cuando se le inyecta aire a presión, mientras el resto del cuerpo permanece en contacto con el entorno. Está inspirado en las plantas, no en los animales, porque las plantas crecen de una forma parecida y así pueden afrontar gran variedad de situaciones.
But I'm a biomedical engineer, and perhaps the application I like the most is in the medical field, and it's very difficult to imagine a closer interaction with the human body than actually going inside the body, for example, to perform a minimally invasive procedure. And here, robots can be very helpful with the surgeon, because they must enter the body using small holes and straight instruments, and these instruments must interact with very delicate structures in a very uncertain environment, and this must be done safely. Also bringing the camera inside the body, so bringing the eyes of the surgeon inside the surgical field can be very challenging if you use a rigid stick, like a classic endoscope.
Pero yo soy ingeniera biomédica, y las aplicaciones en el campo médico son, tal vez, las que más me gustan. Es difícil imaginar una interacción con el cuerpo humano más cercana que directamente "entrar" en el cuerpo, como cuando se realiza un procedimiento mínimamente invasivo, por ejemplo. Aquí, los robots pueden ayudar mucho al cirujano, porque tienen que acceder al cuerpo por orificios pequeños y con instrumentos rígidos. Estos instrumentos deben interactuar con estructuras muy delicadas, en un entorno muy incierto y de forma segura. Además, poner la cámara dentro del cuerpo, es decir, los ojos del cirujano dentro del campo quirúrgico, puede ser muy difícil con un elemento rígido, como un endoscopio tradicional.
With my previous research group in Europe, we developed this soft camera robot for surgery, which is very different from a classic endoscope, which can move thanks to the flexibility of the module that can bend in every direction and also elongate. And this was actually used by surgeons to see what they were doing with other instruments from different points of view, without caring that much about what was touched around. And here you see the soft robot in action, and it just goes inside. This is a body simulator, not a real human body. It goes around. You have a light, because usually, you don't have too many lights inside your body.
Con mi grupo anterior de investigación en Europa, desarrollamos este robot quirúrgico blando con cámara, que es muy diferente de un endoscopio tradicional y que se mueve gracias a la flexibilidad del módulo, que puede elongarse y doblarse en cualquier dirección. Los cirujanos lo usaron para ver lo que hacían con otros instrumentos desde distintos puntos de vista, sin preocuparse demasiado por lo que tocaban alrededor. Aquí vemos el robot blando en acción, y aquí lo vemos ingresar. Esto es un simulador; no es un cuerpo humano. Ahí da la vuelta. Tiene una luz, porque normalmente hay poca luz dentro del cuerpo. (Risas)
We hope.
Esperemos.
(Laughter)
(Risas)
But sometimes, a surgical procedure can even be done using a single needle, and in Stanford now, we are working on a very flexible needle, kind of a very tiny soft robot which is mechanically designed to use the interaction with the tissues and steer around inside a solid organ. This makes it possible to reach many different targets, such as tumors, deep inside a solid organ by using one single insertion point. And you can even steer around the structure that you want to avoid on the way to the target.
Pero hay procedimientos quirúrgicos que se realizan con tan solo una aguja, y ahora, en Stanford, estamos desarrollando una aguja muy flexible. Una especie de robot blando muy diminuto, mecánicamente diseñado para aprovechar la interacción con los tejidos y moverse dentro de un órgano sólido. Esto permite alcanzar tumores y otros objetivos específicos en el interior de un órgano, con tan solo una incisión. Incluso se puede evitar una estructura de camino al objetivo.
So clearly, this is a pretty exciting time for robotics. We have robots that have to deal with soft structures, so this poses new and very challenging questions for the robotics community, and indeed, we are just starting to learn how to control, how to put sensors on these very flexible structures. But of course, we are not even close to what nature figured out in millions of years of evolution.
Claramente, este es un momento muy interesante para la robótica. Tenemos robots que trabajan con estructuras blandas, lo cual plantea preguntas nuevas y muy difíciles para la comunidad de la robótica. Recién estamos empezando a aprender cómo controlar, cómo poner sensores en estas estructuras tan flexibles. Pero claramente estamos muy lejos de lo que creó la naturaleza durante millones de años de evolución.
But one thing I know for sure: robots will be softer and safer, and they will be out there helping people. Thank you.
Pero hay algo que sí sé: los robots serán más blandos, más seguros, y estarán allí afuera ayudando a la gente. Gracias.
(Applause)
(Aplausos)