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.
Szóval, a robotok. A robotok úgy programozhatók, hogy milliószor hajtsák végre alig hibázva ugyanazt a feladatot, amit mi nehéznek találunk. Lenyűgöző figyelni őket munka közben. Nézzék csak! Órákig el tudnám nézni. Hát nem? De az már kevésbé lenyűgöző, hogy ha a robotok kikerülnek a gyárból, oda, ahol a környezet nem egészen ismert és mérhető, még a kis pontosságot igénylő egyszerű feladattal is, nézzék, kudarcot vallanak. Pl. az ajtónyitás nem nagy ügy.
(Laughter)
(Nevetés)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
Egy kis mérési hiba, és elvéti a szelepet, és tessék...
(Laughter)
(Nevetés)
with no way of recovering, most of the time.
többnyire nincs mód helyrehozni.
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.
Miért van ez? Sok éven keresztül a robotokat alapvetően gyors és pontos feladatokra tervezték, ez pedig egyedi kialakítást igényelt. Pl. a robotkar igen jól meghatározott merev elemek és motorok együttese, ez a működtető szerkezet, ez mozgatja a csatlakozások körüli tagokat. E robotszerkezetben tökéletesen föl kell mérni a környezetet, mi van köröttünk, és a robot részeinek minden mozgását tökéletesen kell programoznunk. Hiszen a legkisebb hiba is igen nagy bajt okozhat. Kárt okozhatunk valamiben, vagy a robot károsodhat, ha valami keményebbnek ütközik.
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?
Beszéljünk egy kicsit róluk! Nem a robotok agyára gondolok, vagy hogy milyen gondosan programozzuk őket, hanem a testükre. Nyilván valami baj van velük, mert amitől a robot pontos és erős, attól válik nevetségessé, veszélyessé és hatástalanná a valóságban, mert teste nem változtathatja alakját és nem alkalmazkodik a körülményekhez. Nézzük az ellenkező lehetőséget, hogy puhább legyen a környezeténél. Nyilván azt hiszik, hogy a puhábbal valószínűleg nem sokra megyünk. Ám a természet az ellenkezőjére tanít. Pl. a tenger mélyén több mint ezer atmoszféra nyomáson teljesen puha állatok mozognak és kerülnek kapcsolatba náluk sokkal keményebb tárgyakkal. A polip e kókuszdió-héjjal közlekedik, karjai hajlékonyságának köszönhetően, amelyek lábként és kézként is szolgálnak. Semmi kétség, a polip még a befőttesüveget is ki tudja nyitni. Bámulatos, nem?
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.
De ezt nemcsak az állat agya teszi lehetővé, hanem kell hozzá a teste is, ez szemléletes példa, talán a legszemléletesebb a testet öltött intelligenciára. Ez olyan intelligenciafajta, amely minden élő szervezetben megvan. Mindannyiunkban megvan. Testünk, testünk alakja, anyaga és fölépítése testi munka végzésekor alapvető szerepet játszik környezetünkhöz való alkalmazkodásunkban, hogy változatos helyzeteken különösebb tervezgetés vagy számolgatás nélkül lehessünk úrrá.
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.
Hát akkor helyezzünk a robotszerkezetekbe egy kis megtestesült intelligenciát, hogy ne kelljen foglalkozniuk a számolgatások és érzékelések megterhelő feladatával! Ehhez a természeti stratégiát követhetjük, mert az evolúcióval elég jó tervezőmunkát végzett, hogy a lényeket alkalmassá tegye környezetükkel való kölcsönhatásra. Szembetűnő, hogy puha anyagokat gyakran, míg mereveket ritkán használ a természet. Ez történik a robotika új területén is, amelyet lágy vagy puha robotikának hívnak. A cél nem szuper pontos gépek készítése, mert azok már megvannak, hanem a valóság váratlan helyzeteinek megoldására képes robotok gyártása, amelyek kiküldhetők a világba. A robotokat elsősorban engedelmes testük teszi puhává, amelyek nagyon nagy deformációt kibíró anyagokból vagy szerkezetekből állnak, tehát nincsenek merev csatlakozások, ráadásul mozgatásukhoz ún. elosztott meghajtást használunk. Állandóan szabályoznunk kell a deformálható test alakját, ami nagyszámú kapcsolódást és csuklót igényel, de merev szerkezetünk nincs.
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.
A puha robot építése teljesen más módszert föltételez, mint csatlakozásokat, fogaskerekeket, csavarokat tartalmazó merev roboté, melyeket meghatározott módon kell kombinálnunk. Puha robotokban a meghajtás építését többnyire a nulláról kezdjük, de a hajlékony anyagot hagyjuk, hogy reagáljon az őt ért hatásokra. Itt pl. a szerkezet egyszerű deformálásával juthatunk egészen bonyolult alakzatokhoz, képzeljük csak ezt el merev elemekkel és csatlakozásokkal. Itt csak egy bemenetet alkalmazunk, pl. levegőnyomást.
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.
Nézzünk egy pár remek példát a puha robotokra! Ez itt a Harvardon kifejlesztett cukiság. A testén áthaladó nyomáshullámok hatására sétál, és hajlékonyságának hála alacsony híd alatt is átcsúszik, és továbbmegy, aztán kicsit másként, de továbbmegy. Ez igen kezdetleges prototípus, de árammeghajtású erősebb változata is elkészült már, amelyet szabadon kiküldhetünk a világba, mert megbirkózik a helyzettel, pl. a rajta áthajtó autóval, és tovább működik.
It's cute.
Cuki.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Vagy a robothal, amely úgy úszik, mint az igazi. Azért, mert uszonyát elosztott meghajtás mozgatja, ezt is a levegőnyomás működteti. Az MIT-ben készült, és persze, van robotpolipunk is. Egyike volt az első projekteknek, melyet puha robotok terén kifejlesztettek. Ez mesterséges polipkar, de a gépezetet több karral építettük meg, hogy egyszerűen vízbe dobhassuk, és látható, hogy úszkál, és tengeralatti kutatást végez: másként, mint a merev robotok szoktak. Nagyon fontos ez kényes környezetben, pl. korallzátonyoknál.
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.
Térjünk csak vissza a földre! Ezt a növekvő robotot stanfordi munkatársaim fejlesztették ki. A kamera felülre van rögzítve. A robot annyiból különleges, hogy levegőnyomás hatására nő, míg a test többi része továbbra is szorosan tapad a környezetéhez. Ehhez az ihletet növények, nem pedig állatok adták, amelyek az anyagok között hasonlóan nőnek, így kezelni tudja a nagyszámú különböző helyzetet a robot.
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.
Ám én biomedikális mérnök vagyok, és tán a gyógyítás területére kidolgozott alkalmazásokat szeretem a legjobban, és nehéz elgondolni szorosabb kapcsolatot az emberi testtel, mint ami a testben végbemegy, pl. lehető legkevésbé invazív beavatkozás végzésekor. Robot segítheti a sebészeket, mert be kell hatolniuk a testbe kis nyílásokon keresztül, egyenes műszerekkel. E műszerek nagyon kényes szervekkel kerülnek kapcsolatba igen bizonytalan környezetben, pedig ezt biztonságosan kell megtenni. Akárcsak a kamera testbe juttatását. Sebészi szem bejuttatása műtéti területre merev eszközzel, pl. hagyományos endoszkóppal igen kényes feladatnak bizonyulhat.
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.
Korábbi európai kutatócsoportommal ezt a sebészeti kamerás puha robotot fejlesztettük ki, amely jelentősen eltér a hagyományos endoszkóptól. A miénk a modul hajlékonyságának köszönhetően mozog, és a modul minden irányban hajlítható és meghosszabbítható. Sebészek arra használták, hogy vele eltérő irányból figyeljék a más eszközökkel végzett beavatkozásokat. Nem számít, hogy eközben mihez érnek hozzá. Itt a puha robot működés közben látható, éppen behatolás közben. Ez testszimulátor, nem valódi emberi test. Szabadon mozog. Világítás is van, mert többnyire nincs nagy fény a test belsejében.
We hope.
Remélhetőleg.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Néha a sebészeti beavatkozás egyszerű tűvel végezhető. Stanfordban hajlékony tű kifejlesztésén dolgozunk, afféle nagyon vékony puha roboton, amely mechanikailag szövetben való beavatkozásra van tervezve, és tömör szervben irányítható. Ez teszi lehetővé különböző célpontok, pl. daganatok elérését tömör szerv mélyén egyetlen szúrásponton keresztül. Megkerülhető vele az a képlet, amelyet a célra tartás közben el akarunk kerülni.
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.
Nyilvánvaló, hogy a robotika terén izgalmas időket élünk. Robotjainknak puha szerkezetekkel kell boldogulniuk, s ez erőpróbáló új kérdések elé állítja a robotikával foglalkozókat. Még csak most kezdjük tanulni, hogyan szabályozzuk, e hajlékony szerkezeteket, és hogy helyezzük el az érzékelőket. Persze, még csak közel sem kerültük ahhoz, amire a természet az evolúció évmilliói alatt rájött.
But one thing I know for sure: robots will be softer and safer, and they will be out there helping people. Thank you.
De egyet biztosan tudok: a robotok puhábbá és biztonságosabbá válnak, és az emberek segítségére lesznek. Köszönöm.
(Applause)
(Taps)