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.
Итак... Роботы. Роботы призваны выполнять одинаковые задачи миллионы раз с минимальным числом ошибок. Что очень сложно для людей, верно? Очень занятно смотреть, как они работают. Посмотрите на них! Я могу смотреть на них часами. Нет? Но положение может измениться, если перенести робота за стены фабрики, где окружающая обстановка не упорядочена и не организована идеально, чтобы выполнить даже элементарную задачу, не требующую сверхточности... И вот что происходит. Например, для открытия двери не нужна большая точность.
(Laughter)
(Смех)
Or a small error in the measurements, he misses the valve, and that's it --
Или небольшая ошибка в измерениях — и он промахнулся мимо вентиля...
(Laughter)
(Смех)
with no way of recovering, most of the time.
Часто без шансов на восстановление.
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.
Так в чём причина? В течение многих лет роботы совершенствовались в скорости и точности, что отражалось в особенностях их конструкции. Возьмём роботизированную руку — это определённая структура взаимосвязанных частей и моторов-приводов, которые перемещаются друг относительно друга. Для такой структуры требуется чётко организованное пространство, просчитанная среда. Важно предусмотреть и запрограммировать каждое движение частей робота, потому что даже маленькая погрешность может спровоцировать сбой. Можно что-то повредить или вывести робота из строя, если случается что-то серьёзное.
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?
Давайте поразмышляем об этом. Только не думайте о мозге этих роботов или о том, достаточно ли хорошо мы их программируем. Давайте посмотрим на их корпус. Что-то явно с ними не так... Потому что то, что делает робота точным и сильным, также делает его ужасно неэффективным в реальном мире, так как он не обладает пластичностью, не может подстраиваться для взаимодействия с окружающей средой. Что, если подойти с другой стороны, стать мягче, чем окружающие объекты? Может показаться, что невозможно что-либо делать, если ты слишком мягкий. Возможно. Однако природа демонстрирует обратное. Например, на дне океана, под многотонным гнётом гидростатического давления, обитает суперпластичное существо, которое легко передвигается и взаимодействует с объектами намного твёрже себя. Вот оно перетаскивает кокосовые скорлупки благодаря пластичности своих щупалец, которые служат ему ногами и руками. Очевидно, осьминог может даже открыть банку. Впечатляюще, не так ли?
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.
И это явно не только благодаря возможностям его мозга, но и благодаря особенностям его тела. Это яркий пример, я бы сказала, ярчайший пример телесного интеллекта, вида интеллекта живых организмов. У всех у нас он есть. Наше тело, его формы, состав и структура играет основополагающую роль в физической активности. Мы можем приспосабливаться к среде, что эффективно в большом диапазоне условий без предварительного планирования и сложных вычислений.
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.
Так почему бы нам не задействовать этот телесный интеллект в наших роботах, чтобы освободить их от избыточных операций по вычислению и оценке? Чтобы это сделать, можно использовать стратегию природы, которая в процессе эволюции неплохо поработала над дизайном существ для эксплуатации в естественной среде. И легко заметить, что природа часто использует мягкие материалы, а твёрдые материалы — избирательно. Этот процесс сейчас происходит в новом направлении робототехники, которое называют «мягкие роботы». Его основная цель — не делать сверхточные машины, потому что у нас уже есть такие, а сделать роботов, способных работать в условиях естественной неопределённости, способных выйти в реальный мир. Мягкость роботу придают композитные материалы, которые делают из материалов и структур, способных подвергаться большой деформации. Больше никаких жёстких соединений. Для осуществления движений используется распределённый привод, так как мы постоянно должны контролировать форму этого пластичного корпуса, что требует наличия большого количества связок и суставов. Но при этом отсутствует какая-либо жёсткая структура.
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.
Представьте себе, насколько отличается процесс сборки мягкого робота от обычного, в котором есть соединения, шестерёнки и винты, соединяющиеся строго определённым образом. В мягких роботах вы сразу делаете привод в большинстве случаев и формируете пластичный материал в форму, которая соответствует конкретной задаче. Например, здесь вы просто деформируете структуру, придавая ей сложную форму. Попробуйте сделать то же самое с обычными твёрдыми соединениями. Здесь же вы используете только одну вводную, например, давление воздуха.
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.
Давайте рассмотрим различные примеры мягких роботов. Этот малыш разработан в Гарварде. Он работает благодаря волнам давления в его корпусе, благодаря своей пластичности он смог проскользнуть под низкой перегородкой, и продолжить движение. Но далее он продолжает движение немного по-другому. И это очень сырой прототип. Они также сделали версию робота с бортовым электропитанием. Он может функционировать в условиях сложного реального мира, например, попасть под автомобиль... и продолжать двигаться.
It's cute.
Он классный.
(Laughter)
(Смех)
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.
Или рыба-робот, которая плавает как настоящая рыба в воде благодаря мягкому хвосту, содержащему привод, используя давление воздуха. Этот робот из МТИ. И, разумеется, робот-осьминог. Кстати, это был один из первых проектов, разработанных в мягкой робототехнике. Вы видите искусственное щупальце, но они также сделали целого робота с несколькими щупальцами. Его можно просто бросить в воду, и он сможет плавать, исследуя морское дно, но не так, как это делают жёсткие роботы. Что очень важно для чувствительной среды, такой как коралловые рифы.
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.
Давайте вернёмся на сушу. Здесь вы видите «растущего» робота, разработанного моими коллегами из Стэнфорда. Вид с камеры, закреплённой сверху. И этот робот особенный, потому что, он растёт, используя давление газа, в то время как остальная его часть твёрдо закреплена в среде. Здесь вдохновителями были не животные, а растения, которые врастают в поверхность аналогичным образом и сталкиваются с большим разнообразием различных ситуаций.
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.
Но я инженер-биомедик, и, пожалуй, моё самое любимое применение роботов — в медицинской сфере. Представьте тесное взаимодействие с человеческим телом или даже внутри него, например, для выполнения наименее травмирующей процедуры. Такие роботы могут очень пригодиться хирургам, ведь им приходится проникать в тело, используя малые отверстия и твёрдые негибкие инструменты. И эти инструменты должны взаимодействовать с очень тонкими структурами в очень нестандартной среде и действовать безопасно. А ввод камеры внутрь тела для дополнительного визуального контроля — очень сложная манипуляция, если использовать что-то негнущееся, например классический эндоскоп.
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.
С моей предыдущей группой исследователей из Европы мы разработали хирургическую камеру, которая очень отличается от обычного эндоскопа тем, что она может передвигаться с помощью пластичных модулей, которые могут сгибаться и удлиняться в любом направлении. Она использовалась хирургами для контроля манипуляций с различными инструментами с разных точек обзора без страха задеть что-то лишнее. Здесь вы видите мягкого робота в действии, вот он проникает внутрь. Это модель тела, не настоящее тело. Он осматривается вокруг. Есть лампочка, потому что обычно в теле не бывает большого количества источников света.
We hope.
Мы надеемся...
(Laughter)
(Смех)
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.
Иногда хирургическая операция может быть проведена лишь одной иглой. И сейчас в Стэнфорде мы работаем над очень пластичной хирургической иглой, чем-то вроде маленького мягкого робота, который спроектирован для взаимодействия с тканями и действует внутри целостного органа. Это позволяет иметь доступ к различным целям типа опухоли, расположенной внутри органа, используя небольшой прокол для введения. И мы можем даже обходить структуры, которые нельзя задевать, на пути к цели.
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.
Это действительно уникальное время для робототехники! Необходимость работы с мягкими структурами ставит сложные задачи перед разработчиками роботов. И мы только учимся, как контролировать и располагать сенсоры на этих пластичных структурах. Разумеется, мы ещё даже не приблизились к тому, что природа сумела достичь за миллионы лет эволюции.
But one thing I know for sure: robots will be softer and safer, and they will be out there helping people. Thank you.
Но в одном я точно уверена: роботы будут мягче и безопаснее и они будут окружать нас, помогая людям. Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)