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.
Então, robôs. Robôs podem ser programados para fazerem a mesma tarefa milhões de vezes com o mínimo de erro, algo bem difícil para nós, certo? E pode ser muito impressionante observá-los trabalhando. Observe-os. Poderia observá-los por horas. Não? O menos impressionante é que se você tirá-los das fábricas onde o ambiente não é conhecido e medido perfeitamente como aqui, para fazer uma simples tarefa que não requeira muita precisão, isso é o que pode acontecer. Quero dizer, abrir uma porta não requer muita precisão.
(Laughter)
(Risos)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
Ou um simples erro nas medidas, ele falha a válvula, e acabou,
(Laughter)
(Risos)
with no way of recovering, most of the time.
sem muito o que recuperar, na maioria 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.
Então por que isso? Bom, por muitos anos, robôs foram projetados para enfatizar velocidade e precisão e isso se traduz numa arquitetura muito específica. Pegue o braço de robô: é um conjunto de conexões rígido bem definido e motores, o que chamamos de "actuators", que movem as conexões nas junções. Nesta estrutura robótica, você precisa medir seu ambiente perfeitamente. Então tudo o que está ao redor, você precisa programar todo movimento perfeitamente das junções do robô, porque um pequeno erro pode gerar uma falha gigantesca, e então danificar algo ou ter seu robô danificado se algo for mais duro.
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 sobre eles por um momento. Não pense nos cérebros desses robôs ou como os programamos cuidadosamente, mas, em vez disso, observem o corpo deles. Há algo obviamente errado com eles, porque o que faz um robô preciso e forte também o faz ridiculamente perigoso e ineficaz no mundo real, porque o corpo dele não se deforma nem se ajusta conforme a interação com o mundo real. Então pense na abordagem oposta, em ser mais mole do que qualquer coisa ao seu redor. Você talvez pense que não é capaz de fazer nada se for mole, provavelmente. Bom, a natureza nos ensina o contrário. Por exemplo, no fundo do oceano, embaixo de muitos quilos de pressão hidrostática, um animal completamente mole pode se mover e interagir com um objeto muito mais duro que ele. Ele caminha carregando esta concha de coco graças à flexibilidade de seus tentáculos, que servem como pés e mãos. E aparentemente, um polvo pode abrir um pote também. É muito impressionante, certo?
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.
Mas claramente, isso não é possível devido ao cérebro deste animal apenas, mas também graças ao seu corpo, e é um exemplo claro, talvez o mais claro de todos, de inteligência incorporada, que é um tipo de inteligência que todos os seres vivos têm. Todos nós temos isso. Nosso corpo, sua forma, material e estrutura assumem um papel fundamental durante uma tarefa física porque podemos nos adaptar ao nosso ambiente para nos sucedermos numa ampla variedade de situações sem muito planejamento ou cálculo prévio.
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.
Então por que não usamos parte da inteligência incorporada nas nossas máquinas robóticas, para liberá-los de trabalho excessivo de computação e detecção? Bom, para isso, podemos seguir a estratégia da natureza, porque, com a evolução, ela fez um trabalho muito bom em desenhar máquinas para interação com ambiente. É fácil notar que a natureza usa material mole frequentemente e duro às vezes. E isso é o que foi feito neste novo campo da robótica, que se chama "robótica mole", cujo principal objetivo não é montar máquinas superprecisas, porque já as temos, mas construir robôs capazes de enfrentar situações inesperadas no mundo real, capazes então de ir lá fora. E o que faz um robô ser mole, primeiro de tudo, é seu corpo todo, que é feito de materiais ou estruturas que podem sofrer grandes deformações, sem ter mais conexões rígidas, e também, para movê-los, usamos o que chamamos de estímulo distribuído. Temos de controlar continuamente o molde deste corpo muito flexível, o que tem o efeito de ter várias conexões e junções, mesmo não tendo qualquer estrutura dura.
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.
Então você imagina que montar um robô mole é um processo muito diferente do que robótica dura, com conexões, engrenagens, parafusos que precisamos combinar de uma maneira precisa. Em robôs moles, você só monta seu estímulo do zero na maioria das vezes, mas você molda seu material flexível à forma que responda a um certo input. Por exemplo, você pode só deformar uma estrutura ao fazer um molde relativamente complexo se pensar em fazer o mesmo com links e junções rígidos, e aqui, o que se usa é só um input, como 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 vejamos alguns exemplos bacanas de robôs moles. Aqui está um pequeno e fofo robô desenvolvido na Universidade de Harvard, e ele caminha graças às ondas de pressão aplicadas em seu corpo, e graças à flexibilidade, ele também pode se esgueirar sob uma ponte, continuar a andar, e então continuar a caminhar um pouco diferente depois. Isso é um protótipo bem preliminar, mas eles também criaram uma versão mais robusta com bateria integrada que pode ser liberada livremente e enfrentar interações reais do mundo como um carro passando por cima dele... (Risos) 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-robô, que nada como um peixe de verdade só porque tem uma caixa mole com estímulo distribuído usando pressão de ar estática. Esse foi do MIT, e claro, temos um polvo-robô. Este foi um dos primeiros projetos criados neste novo campo de robôs moles. Aqui, vemos o tentáculo artificial, mas eles construíram uma máquina inteira com vários tentáculos que poderiam simplesmente jogar na água. Dá para ver que isso pode funcionar em exploração subaquática de uma forma diferente da qual robôs rígidos fariam. Mas isso é crucial para ambientes delicados, como 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 o fundo. Aqui, você vê a visão de um robô crescente desenvolvido pelos meus colegas em Stanford. Você vê a câmera fixada no topo. E este robô é singular porque usa pressão do ar e cresce pela extremidade, enquanto o resto do corpo se mantém em contato firme com o ambiente. E isso é inspirado por plantas, não animais, que cresce através do material de uma maneira similar, enfrentando assim uma ampla gama 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.
Mas sou uma engenheira biomédica, e talvez a aplicação da qual mais gosto esteja no campo médico. É mais difícil imaginar uma interação mais próxima com o corpo humano do que realmente examinar dentro dele, como realizar um procedimento minimamente invasivo. E aqui, robôs podem ser muito úteis com o cirurgião, porque eles devem entrar no corpo usando pequenos furos e instrumentos retos, e esses instrumentos devem interagir com estruturas delicadas em um ambiente muito incerto, de forma segura. Levar uma câmera dentro do corpo também, trazendo assim os olhos do cirurgião para dentro do campo cirúrgico, pode ser desafiador usando um instrumento rígido, como um endoscópio tradicional.
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 meu último grupo de pesquisa na Europa, desenvolvemos esta câmera-robô mole para cirurgia, que é muito diferente de um endoscópio tradicional. Ela pode mover graças à flexibilidade do módulo e dobrar em qualquer direção e também se alongar. Isso é de fato usado por cirurgiões para ver o que estão fazendo com outros instrumentos por diferentes pontos de vista, sem se preocuparem muito com o que foi tocado em volta. E aqui você vê o robô mole em ação e ele simplesmente vai adentro. Isso é um simulador de corpo, não um corpo humano de verdade. Ele vai ao redor. Temos uma luz porque, usualmente, não temos muitas luzes dentro do corpo.
We hope.
Assim esperamos.
(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 às vezes, um procedimento cirúrgico pode ser feito usando uma única agulha. Em Stanford, agora, estamos trabalhando em uma agulha muito flexível, um tipo de robô mole muito pequeno que é desenhado mecanicamente para usar a interação com os tecidos e conduzir-se dentro de um órgão sólido. Isso torna possível alcançar vários alvos diferentes, como tumores, no fundo de um órgão sólido ao usar um único ponto de inserção. E você pode conduzi-la ao longo de uma estrutura que se queira evitar a caminho do 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.
Claramente, este é um momento bastante emocionante para a robótica. Temos robôs que têm de lidar com estruturas moles, então isso significa novas questões muito desafiadoras à comunidade de robótica. Claro, estamos começando a aprender como controlar, como inserir sensores nessas estruturas muito flexíveis. Mas não estamos nem perto do que a natureza descobriu 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 uma coisa sei ao certo: robôs serão mais moles e seguros, e estarão lá fora para ajudar pessoas. Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)