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.
Portanto, robôs. Os robôs podem ser programados para fazerem a mesma tarefa milhentas vezes sem o mínimo erro, algo bastante difícil para nós, não é? Pode ser bastante impressionante vê-los a trabalhar. Olhem para eles. Eu podia observá-los durante horas. Não é? O que é menos impressionante é que, se retirarmos estes robôs das fábricas, para ambientes não tão perfeitamente conhecidos e medidos como aqui, para fazerem uma tarefa simples que não requer muito rigor, aconteceria isto. Quer dizer, para abrir uma porta não é preciso tanta precisão.
(Laughter)
(Risos)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
Ou um pequeno erro nas medidas e ele não acerta na válvula
(Laughter)
(Risos)
with no way of recovering, most of the time.
sem hipótese de recuperação, ma maior parte das vezes.
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.
Porque é que é assim? Bem, durante muitos anos, os robôs têm sido concebidos para realçar a rapidez e a precisão, e isso traduz-se numa arquitetura muito específica. O braço de um robô é uma estrutura bem definida de ligações rígidas e motores, a que chamamos atuadores, que movem as ligações entre articulações. Nesta estrutura robótica, temos que medir perfeitamente o ambiente, o que está em volta, e temos que programar perfeitamente cada movimento das articulações do robô, porque um pequeno erro pode gerar uma grande falha, e podemos estragar alguma coisa ou até mesmo o robô se alguma coisa for mais rija.
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?
Vamos falar deles um bocado. Não pensem nos cérebros destes robôs nem como os programamos cuidadosamente, olhem apenas para os seus corpos. Há obviamente algo de errado com eles, porque o que torna um robô preciso e forte também o torna ridiculamente perigoso e ineficaz no mundo real, porque o corpo não se pode deformar nem ajustar-se para uma interação com o mundo real. Por isso, pensem na abordagem contrária, ser mais mole que tudo à nossa volta. Podem pensar que não conseguimos fazer nada se formos moles, provavelmente. Mas a natureza ensinou-nos o contrário. Por exemplo, no fundo do oceano, sob uma carga de milhares de quilos de pressão hidrostática, um animal totalmente mole pode mover-se e interagir com coisas muito mais rijas que ele. Consegue transportar esta casca de coco graças à flexibilidade dos seus tentáculos, que servem tanto de pés como mãos. E parece que um polvo também consegue abrir um boião. É impressionante, não é?
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.
Obviamente, isto não é possível graças apenas ao cérebro do animal. mas também graças ao seu corpo, e é um exemplo claro, talvez o exemplo mais claro, de inteligência incorporada, que é um tipo de inteligência que todos os organismos vivos têm. Todos a temos. O nosso corpo, a sua forma, o seu material e a sua estrutura têm um papel fundamental durante uma tarefa física, porque podemos adaptar-nos ao nosso ambiente de modo a termos sucesso em muitas situações sem grande planeamento ou cálculos prévios.
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.
Por isso, porque não pôr esta inteligência incorporada nas nossas máquinas robóticas, para elas não dependerem de trabalho excessivo em cálculos ou sensações? Podemos seguir a estratégia da natureza porque, com a evolução, ela fez um excelente trabalho em conceber máquinas para interagir com o ambiente. É fácil notar que a natureza usa material mole com frequência e material rijo com frugalidade. Isto é o que se faz nesta nova área ou robótica que se chama "robótica mole", em que o principal objetivo não é fazer máquinas super precisas, porque já as temos, mas fazer robôs capazes de enfrentar situações inesperadas no mundo real, capazes de ir lá para fora. O que torna um robô mole é, primeiro que tudo, o seu corpo adequado, que é feito de materiais ou estruturas que podem sofrer grandes deformações, por isso não há ligações rígidas. Em segundo lugar, para os movermos, usamos uma atuação distribuída, para controlarmos continuamente a forma deste corpo deformável, o que tem o efeito de ter muitas ligações e articulações, mas não temos nenhuma estrutura 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.
Podem imaginar que construir um robô mole é completamente diferente de construir um robô rijo, em que temos engrenagens e parafusos que temos que combinar de uma forma precisa. Nos robôs moles, construímos habitualmente o atuador a partir do zero, mas modelamos o material flexível na forma que corresponde a um certo contributo. Aqui, por exemplo, podemos deformar uma estrutura fazendo uma forma relativamente complexa se pensarmos em fazer o mesmo com ligações e articulações rígidas, e aqui, o que usamos é apenas um contributo, como a pressão do ar.
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.
Mas vamos ver alguns exemplos giros de robôs moles. Este pequeno robô engraçado desenvolvido na Universidade de Harvard, que anda graças a ondas de pressão aplicadas em todo o corpo, e que, devido à sua flexibilidade, pode esgueirar-se sob uma ponte baixa, continuando a andar, e depois, continuar a andar de modo um pouco diferente. Este é um protótipo muito preliminar, mas também foi construída uma versão mais robusta com energia incorporada que pode ser enviada para o mundo e enfrentar interações reais como um carro a passar por cima dele e continuar a funcionar.
It's cute.
É fofo.
(Laughter)
(Risos)
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 um peixe robótico, que nada na água como um peixe real simplesmente porque tem uma cauda mole com atuação distribuída que também usa a pressão do ar. Aquilo era do MIT, e claro, temos um polvo robótico. Este foi um dos primeiros projetos desenvolvidos nesta nova área de robôs moles. Aqui vemos o tentáculo artificial, mas construíram uma máquina com vários tentáculos que podiam atirar para a água. Vemos que isto pode andar por aí e fazer explorações submarinas de uma maneira diferente do que fariam os robôs rígidos. Isto é muito importante para ambientes delicados, como os recifes de corais.
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.
Vamos voltar para a terra. Aqui podem ver a vista a partir de um robô desenvolvido pelos meus colegas em Stanford. Vemos a câmara fixa no topo. Este robô é especial, porque, usando a pressão do ar, cresce a partir da ponta, enquanto o resto do corpo permanece em contacto firme com o ambiente. Isto foi inspirado por plantas - e não por animais - que crescem através do material de uma forma semelhante para poderem enfrentar uma grande variedade de situações.
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.
Eu sou engenheira biomédica, e a especialidade que prefiro é talvez a área médica. É muito difícil imaginar uma interação mais próxima com o corpo humano do que entrar dentro do corpo, por exemplo, para um procedimento minimamente invasivo. Aqui, os robôs podem ser muito úteis para o cirurgião, porque têm que entrar no corpo através de pequenos buracos e instrumentos retilíneos. Estes instrumentos têm que interagir com estruturas delicadas num ambiente muito incerto. Isto tem que ser feito com segurança. Ao introduzirem a câmara no corpo, levam também os olhos do cirurgião para a área cirúrgica o que pode ser problemático com uma haste dura, como um endoscópio clássico.
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.
Com o meu anterior grupo de investigação na Europa, desenvolvemos esta câmara-robô mole para cirurgias, que é muito diferente do endoscópio clássico. Pode mover-se graças à flexibilidade do módulo que pode dobrar-se em qualquer direção e também alongar-se. Isto já foi utilizado por cirurgiões para poderem ver o que estão a fazer com outros instrumentos de vários pontos de vista, sem se preocuparem muito com o que estava a ser tocado em volta. Aqui podem ver o robô mole em ação. Ele limita-se a entrar. Este é um simulador de corpo, não um corpo humano real. Ele anda em volta. Temos uma luz, porque normalmente, não há muitas luzes dentro do nosso corpo.
We hope.
Esperemos que não haja.
(Laughter)
(Risos)
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.
Mas, por vezes, um procedimento cirúrgico pode ser feito com uma simples agulha, e agora em Stanford, estamos a trabalhar numa agulha muito flexível, como um minúsculo robô mole que é mecanicamente concebido para usar a interação com os tecidos e orientar-se dentro de um órgão sólido. Isto torna possível alcançar diversos alvos, como tumores, bem no fundo de um órgão usando apenas um ponto de inserção. Podemos até orientar-nos em torno de uma estrutura que queremos evitar no percurso para o alvo.
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.
Esta é claramente uma época entusiasmante para a robótica. Temos robôs que têm que lidar com estruturas moles, e isso apresenta novas e desafiantes questões para a comunidade robótica. Claro, estamos ainda a aprender como os controlar, como colocar sensores nestas estruturas flexíveis. Mas claro, não estamos nem perto daquilo que a natureza fez em milhões de anos de evolução.
But one thing I know for sure: robots will be softer and safer, and they will be out there helping people. Thank you.
Mas há uma coisa de que eu tenho a certeza: os robôs tornar-se-ão mais moles e mais seguros, e andarão por aí a ajudar as pessoas. Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)