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.
خوب، روباتها. روباتها میتوانند برنامهریزی شوند تا یک وظیفه را میلیونها بار با حداقل خطا انجام دهند، کاری که برای ما خیلی دشوار است، نه؟ و تماشای آنها حین کار هم میتواند خیلی تاثیرگذار باشد. نگاه کنید. من میتوانم ساعتها به آنها نگاه کنم. نه؟ چیزی که کمتر تاثیرگذار است، این است که اگر این روباتها را از کارخانه بیرون بیاورید، و جایی ببرید که محیط مثل اینجا کاملا شناخته شده و اندازهگیری شده نیست، برای انجام یک کار که دقت بالایی هم لازم ندارد، ممکن است چنین اتفاقی بیفتد. منظورم این است که باز کردن یک در که دقت چندانی نمیخواهد.
(Laughter)
(خنده)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
یا خطایی کوچک در محاسبات، و شیر را از دست داد، بفرمایید --
(Laughter)
(خنده)
with no way of recovering, most of the time.
بیشتر اوقات هیچ راهی هم برای جبران نیست.
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.
خب دلیل آن چیست؟ خوب، برای چندین سال، روباتها با تاکید بر سرعت و دقت طراحی شدهاند، و این موضوع در ساختار خیلی خاصی ترجمه میشود. اگر یک دست روباتی را بردارید، مجموعه به دقت چیدهشدهای از اتصالات، و موتورهاست، که ما عملگر مینامیم، آنها اتصالات را حول مفصل حرکت میدهند. در این ساختار روباتیک، باید محیط را به دقت اندازه بگیرید، تا بدانید چه چیزی در محیط هست، و باید هر حرکت مفصلهای روبات را کاملا برنامهریزی کنید، زیرا خطایی کوچک، میتواند شکستی بزرگ به بار بیاورد، که به چیزی آسیب بزنید یا به رباتتان آسیب بزنید اگر به چیزی سختتر بخورد.
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?
پس بیایید کمی درباره آنها صحبت کنیم. و به مغز این روباتها فکر نکنید یا اینکه ما چقدر با دقت آنها را برنامه نویسی میکنیم، اما به جای آن به بدن آنها نگاه کنید. به وضوح مشکلی در آن هست، چون چیزی که یک روبات را دقیق و قوی میکند در دنیای واقعی آنها را به طرز مسخرهای خطرناک و بیاثر میکند، چون بدن آنها نمیتواند تغییر شکل بدهد یا تنظیم شود تا با دنیای واقعی بهتر تعامل کند. پس از جهت مخالف به آن نگاه کنید، که نرمتر از همه چیزهای اطرافتان باشند. خوب، شاید فکر کنید اگر نرم باشید واقعا قادر به انجام هیچ کاری نباشید، احتمالا. خوب، طبیعت خلاف آن را به ما یاد داده است. برای مثال، در کف اقیانوس، زیر هزاران کیلوگرم فشار هیدرواستاتیک، جانوری کاملاً نرم میتواند حرکت کند و با چیزی به مراتب سختتر از خودش تعامل کند. او با حمل این پوست نارگیل حرکت میکند به لطف انعطافپذیری بازوچههایش، که به عنوان دست و پای او عمل میکنند. و ظاهراً، یک اختاپوس هم میتواند سر یک شیشه را باز کند. خیلی تاثیرگذار است، نه؟
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.
اما مشخص است که این فقط به خاطر مغز این حیوان ممکن نشده است، بلکه به خاطر بدن او هم هست، و این مثالی مشخص، یا شاید مشخصترین مثال است، از هوش مجسم، که گونهای از هوش است که تمام موجودات زنده دارند. همه ما آن را داریم. بدن ما، شکل، جنس و ساختار آن، نفشی اساسی در یک کار فیزیکی بازی میکند، چون میتوانیم با محیط اطرافمان تطابق پیدا کنیم تا بتوانیم در محدوده وسیعی از شرایط موفق باشیم بدون اینکه نقشهای بچینیم یا محاسبهای بکنیم.
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.
پس چرا بخشی از هوش مجسم را در ماشینهای روباتیک قرار ندهیم، تا آنها را از تکیه بر کار بیش از حد در محاسبات و حس کردن رها کنیم؟ خوب، برای این کار، میتوانیم از استراتژی طبیعت پیروی کنیم، زیرا با تکامل، کار بسیار خوبی انجام داده است در طراحی ماشینها برای تعامل با محیط. و ساده میتوان فهمید که طبیعت از مواد نرم به کرات و از مواد سخت به ندرت استفاده میکند. و این کاری است که در این زمینه جدید روباتیک انجام شده است، که «روباتیک نرم» نام دارد، که در آن هدف اصلی ساختن دستگاههای فوق دقیق نیست، چون این کار را که کردهایم، بلکه برای اینکه روباتها بتوانند با شرایط غیرمنتظره روبرو شوند، تا بتوانند وارد دنیای خارج شوند. و چیزی که باعث نرمی یک روبات میشود اول سازگاری بدن آن است، که از مواد یا ساختارهایی ساخته شده که میتوانند تغییر شکلهای خیلی زیاد را دوام بیاورند، پس دیگر اتصالات صلب نداریم، و دوم اینکه برای حرکت دادن آنها، از چیزی استفاده میکنیم به نام تحریک توزیع شده، تا بتوانیم به طور پیوسته شکل این بدن شکل پذیر را کنترل کنیم، که اثری مانند داشتن تعداد زیادی اتصال و مفصل دارد، اما هیچ ساختار سختی در آن نیست.
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.
پس میتوانید تصور کنید که ساختن یک روبات نرم فرآیندی بسیار متفاوت است از روباتهای سخت، که اتصال و دنده و پیچ دارند و باید به صورت کاملا مشخصی با هم ترکیب شوند. در روباتهای نرم، بیشتر اوقات فقط محرک را از پایه میسازید، اما ماده انعطافپذیر را طوری شکل میدهید که به ورودی مشخصی واکنش بدهد. برای مثال، اینجا، میتوانید فقط یک ساختار را تغییر شکل بدهید که شکلی نسبتاً پیچیده دارد اگر بخواهید همین کار را با اتصالات و مفصلهای صلب انجام دهید، و اینجا، آنچه استفاده میکنید فقط یک ورودی است، مثل فشار هوا.
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.
خوب، اما بیایید چند مثال باحال از روباتهای نرم ببینیم. اینجا یک آقا کوچولوی بامزه داریم که در دانشگاه هاروارد ساخته شده، و او به لطف جریانهای فشاری که در بدنش اعمال میشود حرکت میکند، و به لطف انعطاف پذیری، او همچنین میتواند زیر یک پل کوتاه بخزد، و به راه رفتن ادامه دهد، و بعد کمی متفاوت به راه رفتن ادامه دهد. و این یک نمونه خیلی ابتدایی است، اما آنها همچنین یک نمونه خیلی محکمتر توان سرخود هم ساختهاند که واقعا میتواند به جهان بیرون فرستاده شود و با مسائل آن روبرو شود مثل اینکه یک ماشین از روی آن رد بشود ... و به کار ادامه بدهد.
It's cute.
بامزه است.
(Laughter)
(خنده)
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.
یا یک ماهی روباتیک، که مثل یک ماهی واقعی در آب شنا میکند صرفا به این دلیل که دمی نرم با محرک توزیع شده دارد که هنوز هم فشار هوا است. این از MIT بود، و البته یک اختاپوس روباتیک داریم. این درواقع یکی از اولین پروژههایی است که در این زمینه جدید روباتهای نرم ساخته شده است. اینجا، بازوچه مصنوعی را میبینید، اما آنها در واقع کل یک ماشین را با چندین بازوچه ساختهاند آنها میتوانستند آن را در آب بیندازند، و میبینید که میتواند به نوعی به اطراف برود و کاوشهای زیردریایی انجام دهد به روشی متفاوت از روباتهای صلب. اما این برای محیطهای ظریف مانند صخرههای مرجانی خیلی مهم است.
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.
بیایید به زمین برگردیم. اینجا منظرهای میبینید از روباتی در حال رشد که من و همکارانم در استنفورد ساختهایم. میبینید که دوربین در بالا ثابت شده. و این روبات خاص است، چون با استفاده از فشار هوا، از سر رشد میکند، در حالی که باقی بدن در تماس با محیط محکم باقی میماند. و این از گیاهان الهام گرفته شده، نه حیوانات، که بوسیله مواد به صورتی مشابه رشد میکند تا بتواند با گستره وسیعی از موقعیتها مواجه شود.
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.
اما من یک مهندس بیومدیکال هستم، و شاید کاربردی که من بیش از همه به آن علاقه دارم زمینه پزشکی است، و دشوار بتوان تعاملی نزدیکتر با بدن انسان تصور کرد از اینکه واقعا به درون بدن برویم، برای مثال، برای انجام یک عمل کوچک تهاجمی. و اینجا، روباتها میتوانند برای جراح خیلی مفید باشند، چون آنها باید با استفاده از سوراخهای کوچک و ابزار مستقیم وارد بدن شوند، و این ابزارها باید با ساختارهای بسیار ظریفی تعامل کنند در محیطی بسیار متغیر، و این کار باید ایمن انجام شود. بنابراین بردن دوربین درون بدن، یعنی بردن چشمان جراح به منطقه مورد جراحی خیلی چالشبرانگیز خواهد بود اگر از یک تکه صلب استفاده کنید، مثل اندوسکوپ کلاسیک.
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.
با گروه تحقیقاتی قبلیام در اروپا، این روبات دوربیندار نرم را برای جراحی ساختیم، که خیلی با یک اندوسکوپ کلاسیک متفاوت است، که میتواند به لطف انعطافپذیری قطعات حرکت کند که میتواند در هر جهتی خم شود و همچنین تغییر طول بدهد. و این در واقع توسط جراحان استفاده شد تا ببینند چه کار دارند میکنند با ابزارهای دیگری از نقطهنظرهای دیگر، بدون توجه زیادی به اینکه چه چیزی در اطراف لمس میشود. و اینجا روبات نرم را در حین کار میبینید، و فقط به داخل میرود. این یک شبیهساز بدن است، نه یک بدن واقعی. به اطراف میرود. یک نور دارید، چون معمولا، درون بدنتان نور زیادی نیست.
We hope.
امیدواریم.
(Laughter)
(خنده)
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.
اما گاهی یک عمل جراحی میتواند تنها با استفاده از یک سوزن انجام شود، و حالا در استنفورد، روی یک سوزن خیلی انعطافپذیر کار میکنیم، به نوعی یک روبات نرم خیلی کوچک که از نظر مکانیکی برای تعامل با بافتها و رفتن درون یک اندام جامد طراحی شده است. این رسیدن به اهداف مختلفی را ممکن میسازد، مثل تومورها، در اعماق یک اندام جامد با استفاده از تنها یک نقطه دخول. و میتوانید حتی ساختاری که در راه رسیدن به هدف میخواهید از آن اجتناب کنید را دور بزنید.
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.
پس روشن است، که این زمانی بسیار هیجانانگیز برای روباتیک است. روباتهایی داریم که باید با ساختارهای نرم کار کنند، پس این سوالات تازه و بسیار چالشی را برای جامعه روباتیک برمیانگیزد، و البته، تازه در حال شروع به یادگیری کنترل، و قرار دادن حسگرها روی این ساختارهای بسیار انعطافپذیر هستیم. اما البته، حتی نزدیک هم نیستیم به آنچه طبیعت در طول میلیونها سال تکامل به آن دست یافته.
But one thing I know for sure: robots will be softer and safer, and they will be out there helping people. Thank you.
اما از یک چیز مطمئن هستم: روباتها نرمتر و امنتر خواهند شد، و به کمک مردم خواهند آمد. متشکرم.
(Applause)
(تشویق)