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.
Robot. i robot possono essere programmati per fare gli stessi compiti milioni di volte con errori minimi, una cosa molto difficile per noi, giusto? Può essere impressionante guardarli lavorare. Guardateli. Potrei guardarli per ore. No? La cosa che fa meno effetto è che se li portate fuori dalla fabbrica dove l'ambiente non è perfettamente calibrato per fare un semplice compito che non richiede molta precisione, questo è quello che succede. Aprire una porta non richiede molta precisione.
(Laughter)
(Risate)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
O un piccolo errore nelle misurazioni, manca la valvola, ed è game over.
(Laughter)
(Risate)
with no way of recovering, most of the time.
Senza nessun recupero, la maggior parte delle volte.
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.
Perché? Per molti anni, i robot sono stati progettati per aumentare velocità e precisione, e questo si traduce in un'architettura specifica. Un braccio robotico, ha una serie di legami rigidi molto ben definiti e motori, che chiamiamo attuatori, muovono i legami lungo le giunture. In questa struttura, dovete misurare perfettamente l'ambiente, quello che vi circonda, e dovete programmare perfettamente ogni movimento delle articolazioni robotiche, perché il minimo errore potrebbe causare un grosso danno, come danneggiare qualcosa o danneggiare il robot stesso se qualcosa è più difficile.
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?
Consideriamoli per un momento. Non pensate ai cervelli di questi robot o come li programmiamo con cura, ma considerate invece i loro corpi. C'è ovviamente qualcosa di sbagliato, perché ciò che rende un robot accurato e forte, lo rende anche ridicolmente pericoloso e inefficace nel mondo reale, perché il suo corpo non può cambiare forma o adeguarsi all'interazione con il mondo reale. Considerate l'approccio opposto, diventare più morbidi a tutto ciò che vi circonda. Forse pensate di non fare molto se siete morbidi, probabilmente. La natura dice l'opposto. Per esempio, nelle profondità oceaniche, sotto la pressione idrostatica di migliaia di chili, un animale completamente morbido può muoversi ed interagire con un oggetto molto più rigido. Cammina trasportando con sé questo guscio di noce di cocco grazie alla flessibilità dei suoi tentacoli, che usa sia come piedi, sia come mani. Apparentemente, un polpo può anche aprire un vasetto. Piuttosto impressionante, 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.
Ma chiaramente, ciò non avviene solo grazie al cervello di questo animale, ma anche grazie al suo corpo, e questo è un esempio chiaro, forse l'esempio più chiaro, di intelligenza pratica, un tipo di intelligenza posseduta da tutti gli organismi viventi. Tutti la possediamo. Il nostro corpo, la sua forma, materia e struttura, giocano un ruolo fondamentale durante un'esecuzione fisica, perché possiamo adeguarci al nostro ambiente e superare una grande varietà di situazioni senza prima pianificare e valutare troppo.
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.
Perché non usiamo parte di questa intelligenza pratica per le nostre macchine robotiche, per non sovraccaricarli con calcoli e percezioni? Per farlo, possiamo seguire la strategia della natura, perché l'evoluzione ha fatto un bel lavoro nel progettare macchine per l'interazione con l'ambiente. Si può facilmente notare che la natura usa frequentemente materia morbida e sporadicamente materia dura. È quello che abbiamo fatto in questo nuovo campo della robotica, chiamato "robotica soft", dove l'obiettivo principale non è creare macchine altamente accurate, perché già esistono, ma costruire robot in grado di affrontare situazioni inaspettate nel mondo reale, capaci di andare all'esterno. Ciò che rende la robotica soft è innanzi tutto il corpo conforme, costruito da materiali o strutture che possono tollerare grandi deformazioni, niente più connettori rigidi, e poi, trasferirli, usare ciò che chiamiamo attuazione distribuita, quindi dobbiamo controllare di continuo la forma di questo corpo molto deformabile che ha la conseguenza di avere molti connettivi e giunture, ma nessuna struttura rigida.
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.
Potete capire che la costruzione è un processo piuttosto differente dalla robotica tradizionale, dove abbiamo anelli, ingranaggi e viti. da assemblare insieme in modo molto precisi. Nella robotica soft, potete costruire i vostri attuatori da zero quasi sempre, ma modellate quel materiale flessibile in forme che daranno luogo ad un certo input. Per esempio, qui potete deformare una struttura creando una forma piuttosto complessa se la paragonate alla stessa forma fatta con maglie rigide e giunture, e qui, usate soltanto un input, come la pressione atmosferica.
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.
Ok, ma vediamo alcuni esempi straordinari di robotica soft. Ecco un tipetto molto carino costruito all'Università di Harvard, e cammina grazie alle onde di pressione applicate lungo tutto il suo corpo, grazie alla flessibilità, può anche introdursi furtivamente sotto un ponte, continuare a camminare, e dopo camminare in modo differente. È un prototipo sperimentale, ma hanno anche costruito una versione più forte con alimentatore che può essere spedito nel mondo esterno ad affrontare interazioni reali come le macchine che passano... e continuare a lavorare.
It's cute.
Simpatico.
(Laughter)
(Risate)
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 pesce robotico, che nuota come i pesci veri semplicemente perché ha una coda morbida con l'attuazione distribuita che usa la pressione dell'aria. Quello arriva dal MIT, e ovviamente, abbiamo un polpo robotico. Questo era uno dei primi progetti sviluppati in questo nuovo campo. Qui vedete il tentacolo artificiale, ma in realtà hanno costruito una macchina intera con diversi tentacoli che possono essere lanciati in acqua, e li vedete andare intorno a fare esplorazioni sottomarine diversamente dai robot rigidi. Ma questo è molto importante in ambienti delicati, come le barriere coralline.
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.
Torniamo di nuovo a terra. Qui avete la vista da un robot sviluppato dai miei colleghi di Stanford. Vedete la videocamera fissata in alto. Questo robot è speciale, perché usando la pressione dell'aria, cresce in alto, mentre il resto del corpo rimane stabilmente in contatto con l'ambiente. L'ispirazione qui arriva dalle piante, non dagli animali, che crescono attraverso la materia in modo simile così da poter fronteggiare una grande gamma di situazioni.
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.
Ma sono un ingegnere biomedico, e forse l'applicazione che preferisco è in ambito medico, ed è molto difficile immaginare un'interazione vicina al corpo umano a meno che non si vada dentro il corpo, per esempio, ad eseguire una procedura poco invasiva. In questo caso, i robot possono essere di grande aiuto al chirurgo, perché possono entrare nel corpo usando piccoli buchi e strumenti precisi, e questi dispositivi devono interagire con strutture molto delicate in un ambiente incerto, e devono farlo in sicurezza. Inoltre, portare una videocamera dentro il corpo, portare gli occhi del chirurgo dentro la parte da operare può essere molto difficile con un dispositivo rigido come un endoscopio classico.
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 il mio precedente gruppo di ricerca in Europa, abbiamo sviluppato questa videocamera per la chirurgia, molto diversa dal classico endoscopio, che si può muovere grazie alla flessibilità modulare andare in ogni direzione ed allungarsi. È stata usata dai chirurghi per vedere cosa stavano facendo con altri strumenti da diversi punti di osservazione, senza preoccuparsi troppo da cos'altro avrebbero toccato. Qui potete vedere la robotica soft in azione appena va all'interno. È una simulazione corporea, non un corpo umano reale. Si muove intorno. C'è una luce, perché in genere non avete molte luci all'interno del vostro corpo.
We hope.
Speriamo.
(Laughter)
(Risate)
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.
A volte, in una procedura chirurgica si può usare anche un singolo ago e a Stanford lavoriamo per ottenere un ago estremamente flessibile, una sorta di robot molto sottile progettato meccanicamente per interagire con l'apparato tissutale ed entrare dentro un organo. Questo ci permette di raggiungere diversi bersagli, come tumori, in profondità dentro un organo usando un singolo punto di inserimento. Potete anche dirigerlo intorno alla struttura che volete evitare mentre raggiungete l'organo bersaglio.
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.
Chiaramente, questi sono tempi entusiasmanti per la robotica. Abbiamo robot che devono interagire con strutture morbide, e questo pone domande nuove e molto interessanti per la comunità scientifica, abbiamo appena cominciato a capire come controllarli come inserire sensori dentro queste strutture molto flessibili. Ma siamo molto lontani da ciò che la natura ha creato in milioni di anni di evoluzione.
But one thing I know for sure: robots will be softer and safer, and they will be out there helping people. Thank you.
Ma so una cosa per certo, i robot saranno più flessibili e sicuri, potranno aiutare le persone nel mondo esterno. Grazie.
(Applause)
(Applausi)