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.
Parlons des robots. On peut les programmer pour qu'ils répètent la même tâche un million de fois en ne se trompant que rarement, ce qui est difficile pour nous n'est-ce pas ? Les voir à l’œuvre peut être vraiment impressionnant. Regardez-les. Je pourrais les observer pendant des heures. Pas vous ? Ce qui est moins impressionnant en revanche, est que si vous les sortez des usines, pour les mettre dans un milieu qui n'est pas parfaitement connu et contrôlé, la réalisation d'une simple tâche qui ne requiert pas une grande précision peut donner ceci. Eh oui, ouvrir une porte n'est pas une tâche compliquée.
(Laughter)
(rires)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
Ou une simple erreur de mesure, il rate la valve, et c'est fini...
(Laughter)
(rires)
with no way of recovering, most of the time.
sans possibilité de se rétablir, la plupart du temps
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.
Comment cela se fait-il ? En fait, depuis de nombreuses années, les robots ont été conçus pour allier vitesse et précision ; ils sont donc créés sur la base d'une architecture très précise. Prenez un bras robot, il s'agit d'un ensemble bien défini de liens rigides et de moteurs, appelé actionneurs, déplaçant les liens sur ces articulations. Dans ce type de structure, il faut parfaitement évaluer l'environnement, c'est-à-dire les alentours, et programmer parfaitement chaque mouvement des articulations du robot, car une simple erreur peut engendrer un problème important, qui pourrait endommager quelque chose, voire même votre robot s'il rencontre un obstacle très dur.
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?
Parlons un peu de ces robots. Oubliez leurs cerveaux, ou comment ils sont soigneusement programmés, mais regardez plutôt leur corps. C'est clairement un problème, car ce qui rend un robot précis et fort le rend aussi ridiculement dangereux et inefficace dans le monde réel, car leur corps ne peut pas se plier ou s'adapter à l'interaction avec le monde réel. Maintenant imaginez l'inverse, comment être plus souple que ce qui vous entoure. Vous pensez peut-être qu'être souple ne vous permet pas de faire grand chose, probablement. Eh bien, la nature nous apprend l'inverse. Par exemple, au fond de l'océan, soumis à une intense pression hydrostatique, un animal totalement souple bouge et interagit avec des objets bien plus rigides que lui. Il se déplace en transportant cette coque de noix de coco grâce à la souplesse de ses tentacules, qui lui servent aussi bien de pieds que de mains. Et apparemment, une pieuvre peut aussi ouvrir un bocal. Plutôt impressionnant non ?
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.
Mais clairement, son cerveau n'est pas le seul à jouer un rôle, son corps également, et c'est un exemple très clair, peut être le plus clair, d'intelligence incarnée, une sorte d'intelligence que possèdent tous les organismes vivants. Nous l'avons tous. Notre corps, sa forme, sa substance et sa structure, jouent un rôle fondamental lors d'une tâche physique, car nous pouvons nous adapter à notre milieu de façon à venir à bout de beaucoup de situations sans nécessiter beaucoup de planification ou de calculs préalables.
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.
Pourquoi ne pas tenter de mettre cette intelligence incarnée dans nos robots, pour éviter qu'ils ne soient trop dépendants de calculs compliqués et de capacités de détection ? Pour ça, on peut appliquer la stratégie de la nature, en effet elle a fait du bon travail avec l'évolution, en concevant des machines faites pour interagir avec leur milieu. Et on voit bien que la nature utilise souvent des matériaux souples et les matériaux rigides avec plus de parcimonie. C'est ce qui est réalisé dans ce nouveau domaine de la robotique, appelé "robotique molle", dont le but n'est pas de créer des machines extrêmement précises, parce que nous en avons déjà, mais de faire en sorte qu'elle puissent faire face à des situations inattendues, dans le monde réel, et donc d'opérer au dehors. La première chose qui rend un robot souple, c'est un corps adapté, fait de matériaux ou de structures qui peuvent subir de grande déformations, donc plus de liens rigides, la deuxième, pour les faire bouger, est d'utiliser l'actionnement distribué, afin de contrôler en permanence la forme de ce corps très déformable, ce qui a pour effet d'avoir beaucoup de liens et d'articulations mais pas de structure rigide du tout.
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.
Construire un robot souple est donc un processus très différent que pour un robot rigide avec des liens, des vis, des engrenages que l'on combine d'une manière bien définie. Avec des robots souples, vous construisez votre actionneur à partir de rien la plupart du temps, mais vous modelez votre matériau élastique pour qu'il réponde à une certaine sollicitation. Par exemple, vous pouvez déformer une structure en une forme plutôt complexe, ce qui serait difficile avec des liens rigides et des articulations, en n'ayant besoin que d'un seul élément en entrée, comme la pression de l'air.
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.
Voyons quelques exemples intéressants de robots mous. Observez ce petit gars qui a été développé à l'Université de Harvard, il se déplace grâce aux vagues de pression appliquées le long de son corps, et grâce à sa souplesse, il peut aussi se glisser sous un pont bas, et continuer de marcher, et continuer de se déplacer, un peu différemment, juste après. Et ce n'est qu'un des premiers prototypes, ils ont aussi conçu une version plus robuste avec une source d'énergie interne qui peut être envoyée sur le terrain et faire face à des situations réelles comme une voiture roulant dessus... et continuer à fonctionner.
It's cute.
C'est mignon.
(Laughter)
(Rires)
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.
Ou un robot poisson, qui nage, comme les vrais poissons le font dans l'eau simplement grâce à sa queue souple avec actionnement distribué qui utilise la pression de l'air. Celui-là venait du MIT, et bien sûr, nous avons des pieuvres robotiques. C'était en fait l'un des premiers projets développés dans ce nouveau domaine. Voici un tentacule artificiel, mais ils ont construit une machine avec plusieurs tentacules qu'il peuvent mettre dans l'eau, et vous pouvez voir qu'il se déplace et fait de l'exploration sous-marine d'une manière différente de ce que ferait un robot rigide. C'est très important pour des milieux délicats, tel que les récifs coralliens.
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.
Revenons sur la terre ferme. Voici le point de vue d'un robot développé par mes collègues de Stanford. Voici la caméra fixée sur le dessus. Ce robot est particulier, car grâce à la pression de l'air, il s'allonge tandis que le reste de son corps reste en contact avec son milieu. Il s'inspire des plantes, et non des animaux, car elles grandissent à travers leur matériaux d'une manière similaire de façon à faire face à un grand nombre de situations.
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.
Mais en tant qu'ingénieur biomédical, l'utilisation que je préfère est l'utilisation médicale, difficile d'imaginer une interaction plus proche avec le corps humain que d'aller dans ce corps, par exemple, exécuter une procédure peu invasive. Les robots peuvent s'avérer très utiles aux chirurgiens, car ils doivent pénétrer les corps au moyen de petits trous et d'instruments droits, et ces instruments doivent interagir avec des structures très délicates dans un environnement très incertain, et cela doit être fait sans danger. Faire rentrer une caméra dans le corps, donc faire entrer la vision du chirurgien dans le corps, est assez complexe si l'on utilise un tube rigide, comme dans une endoscopie.
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.
Avec mon précédent groupe de recherche en Europe, nous avons développé ce robot-caméra flexible qui est très différente d'un endoscope classique, qui se meut grâce à la souplesse du module qui se plie dans toutes les directions, et peut s'allonger aussi. Des chirurgiens l'ont utilisé pour voir ce qu'ils font, avec d'autres instruments sous différents angles, sans trop s'occuper de ce qui est touché aux alentours. Voici le robot mou en action, il va à l'intérieur. C'est un simulateur de corps, pas un vrai corps humain. Il se déplace partout. Il est équipé d'une torche, car il n'y a pas beaucoup de lumière dans votre corps.
We hope.
Enfin espérons.
(Laughter)
(Rires)
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.
Mais parfois, une procédure chirurgicale peut être réalisée avec une seule aiguille et à Stanford, nous travaillons sur une aiguille très souple, une sorte de minuscule robot flexible mécaniquement conçu pour interagir avec les tissus et contourner les organes. Cela permet ainsi d'atteindre différentes cibles, telles que des tumeurs, profondément dans un organe, en n'utilisant qu'un seul point d'insertion. Et vous pouvez même contourner les structures que vous voulez éviter pour atteindre votre cible.
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.
Nous vivons un époque vraiment excitante pour la robotique. Nous avons des robots interagissant avec des structures souples, ce qui soulève de nouvelles questions intéressantes pour notre communauté, et effectivement, nous apprenons à peine à les contrôler, ou comment poser des capteurs sur ces structures malléables. Mais sans rivaliser avec ce que la nature a réalisé en des millions d'années d'évolution.
But one thing I know for sure: robots will be softer and safer, and they will be out there helping people. Thank you.
Une chose est cependant certaine : les robots seront plus souples et plus sûrs, et il seront sur le terrain, pour aider les gens. Merci.
(Applause)
(Applaudissements)