As a roboticist, I get asked a lot of questions. "When we will they start serving me breakfast?" So I thought the future of robotics would be looking more like us. I thought they would look like me, so I built eyes that would simulate my eyes. I built fingers that are dextrous enough to serve me ... baseballs.
Da esperta di robotica, ricevo un sacco di domande. "Quando inizieranno a servirmi la colazione?" Pensavo che i robot del futuro sarebbero stati più simili a noi. Credevo che mi avrebbero assomigliato, così ho costruito occhi simili ai miei. Ho costruito dita abbastanza abili da servirmi... palle da baseball.
Classical robots like this are built and become functional based on the fixed number of joints and actuators. And this means their functionality and shape are already fixed at the moment of their conception. So even though this arm has a really nice throw -- it even hit the tripod at the end-- it's not meant for cooking you breakfast per se. It's not really suited for scrambled eggs.
I robot tradizionali come questo vengono costruiti e diventano funzionali sulla base di un numero fisso di articolazioni e attuatori. Ciò significa che la loro forma e funzionalità sono già determinate al momento della loro progettazione. Così, anche se questo braccio lancia davvero bene - alla fine ha persino colpito il treppiede - non è di per sé pensato per prepararvi la colazione. Non è adatto a strapazzare le uova.
So this was when I was hit by a new vision of future robotics: the transformers. They drive, they run, they fly, all depending on the ever-changing, new environment and task at hand. To make this a reality, you really have to rethink how robots are designed. So, imagine a robotic module in a polygon shape and using that simple polygon shape to reconstruct multiple different forms to create a new form of robot for different tasks. In CG, computer graphics, it's not any news -- it's been done for a while, and that's how most of the movies are made. But if you're trying to make a robot that's physically moving, it's a completely new story. It's a completely new paradigm.
Allora ho immaginato i robot del futuro in un modo diverso: come Transformers. Guidano, corrono, volano, a seconda del compito e dell'ambiente che si trovano davanti. Per realizzare tutto ciò, bisogna davvero rivedere come i robot vengono progettati. Allora, immaginate un modulo robotico con forma di poligono e pensate di usare quella semplice forma poligonale per ricreare molteplici altre forme creando nuovi robot per compiti diversi. Nel mondo della computer grafica, CG, non è certo una novità, lo si fa da tempo, la si utilizza per la maggior parte dei film. Tuttavia, cercare di realizzare un robot in grado di muoversi è tutta un'altra storia. Si tratta di un modello del tutto diverso.
But you've all done this. Who hasn't made a paper airplane, paper boat, paper crane? Origami is a versatile platform for designers. From a single sheet of paper, you can make multiple shapes, and if you don't like it, you unfold and fold back again. Any 3D form can be made from 2D surfaces by folding, and this is proven mathematically. And imagine if you were to have an intelligent sheet that can self-fold into any form it wants, anytime. And that's what I've been working on. I call this robotic origami, "robogami."
Voi, però, l'avete già fatto. Chi non ha mai creato un aeroplano, una barchetta o una gru di carta? Gli origami sono un'utile base di partenza per i progettisti. Si possono creare molteplici forme partendo da un unico foglio di carta e se non si è soddisfatti lo si può spiegare e ripiegare daccapo. Possiamo piegare una superficie 2D per realizzare una qualsiasi forma 3D, è matematicamente provato. Immaginate ora di avere un foglio intelligente che riesce a piegare se stesso per creare tutte le forme che vuole, in qualsiasi momento. Ecco, io sto lavorando su questo. Chiamo questi robot-origami "robogami".
This is our first robogami transformation that was made by me about 10 years ago. From a flat-sheeted robot, it turns into a pyramid and back into a flat sheet and into a space shuttle. Quite cute.
Questa è la prima trasformazione di un robogami che ho realizzato dieci anni fa. Un foglio robotico che si trasforma in piramide per poi tornare piatto prima di diventare una navetta spaziale. Davvero carino.
Ten years later, with my group of ninja origami robotic researchers -- about 22 of them right now -- we have a new generation of robogamis, and they're a little more effective and they do more than that. So the new generation of robogamis actually serve a purpose. For example, this one actually navigates through different terrains autonomously. So when it's a dry and flat land, it crawls. And if it meets sudden rough terrain, it starts rolling. It does this -- it's the same robot -- but depending on which terrain it meets, it activates a different sequence of actuators that's on board. And once it meets an obstacle, it jumps over it. It does this by storing energy in each of its legs and releasing it and catapulting like a slingshot. And it even does gymnastics. Yay.
Dieci anni dopo, col mio gruppo di ricercatori ninja - circa 22 al momento - abbiamo creato una nuova generazione di robogami che sono un po' più efficienti e versatili. Questi nuovi robogami hanno uno scopo reale. Questo riesce a districarsi autonomamente su tipi di terreni diversi: su un terreno secco e piano cammina lentamente, ma se il terreno si fa scosceso, inizia a rotolare. È lo stesso robot, ma a seconda del terreno che deve affrontare attiva una sequenza diversa di attuatori e se incontra un ostacolo, lo salta. Lo fa incamerando energia in ognuna delle sua gambe per poi rilasciarla di colpo creando un effetto fionda. Riesce persino a fare ginnastica. Evviva.
(Laughter)
(Risate)
So I just showed you what a single robogami can do. Imagine what they can do as a group. They can join forces to tackle more complex tasks. Each module, either active or passive, we can assemble them to create different shapes. Not only that, by controlling the folding joints, we're able to create and attack different tasks. The form is making new task space. And this time, what's most important is the assembly. They need to autonomously find each other in a different space, attach and detach, depending on the environment and task. And we can do this now.
Dunque, vi ho appena mostrato ciò che un singolo robogami riesce a fare. Pensate a cosa può fare in gruppo. I robogami possono unire le forze per affrontare compiti più complessi. Ogni modulo, che sia attivo o passivo, può essere assemblato per creare forme differenti. Inoltre, grazie al controllo dei raccordi snodati possiamo creare e affrontare compiti diversi. La forma permette nuove possibilità d'azione. La cosa più importante è l'assemblaggio. Devono trovarsi in modo autonomo in uno spazio diverso, attaccarsi e staccarsi a seconda di ambiente circostante e compiti. Ora tutto ciò è possibile.
So what's next? Our imagination.
Qual è il passo successivo? La nostra immaginazione.
This is a simulation of what you can achieve with this type of module. We decided that we were going to have a four-legged crawler turn into a little dog and make small gaits. With the same module, we can actually make it do something else: a manipulator, a typical, classical robotic task. So with a manipulator, it can pick up an object. Of course, you can add more modules to make the manipulator legs longer to attack or pick up objects that are bigger or smaller, or even have a third arm. For robogamis, there's no one fixed shape nor task. They can transform into anything, anywhere, anytime.
Questa simulazione mostra cosa si può ottenere da questo tipo di modulo. Abbiamo deciso di trasformare un robot gattonatore a quattro gambe in un cagnolino che muove piccoli passi. Lo stesso modulo può anche diventare qualcosa di diverso: un manipolatore, ossia un robot che svolge compiti tradizionali. Un manipolatore può sollevare un oggetto. Naturalmente, è possibile aggiungere altri moduli per allungare le sue gambe, permettendogli così di afferrare oggetti più grandi o più piccoli, o persino un terzo braccio. I robogami non hanno una forma o un compito predeterminato. Possono trasformarsi in qualunque cosa, ovunque e in qualsiasi momento.
So how do you make them? The biggest technical challenge of robogami is keeping them super thin, flexible, but still remaining functional. They're composed of multiple layers of circuits, motors, microcontrollers and sensors, all in the single body, and when you control individual folding joints, you'll be able to achieve soft motions like that upon your command. Instead of being a single robot that is specifically made for a single task, robogamis are optimized to do multi-tasks. And this is quite important for the difficult and unique environments on the Earth as well as in space.
Come vengono realizzati? La sfida tecnica principale è mantenerli il più possibile sottili, flessibili, preservando, però, la loro funzionalità. Sono formati da molteplici livelli di circuiti, motori, microcontrollori e sensori, tutti in un unico corpo. Controllando i singoli raccordi snodati, si possono ottenere movimenti fluidi come questi con un semplice comando. Invece di essere un unico robot destinato ad un unico compito, un robogami è ottimizzato per svolgere più compiti. È una cosa molto importante se si pensa ai diversi e peculiari ambienti sulla Terra ma anche nello Spazio.
Space is a perfect environment for robogamis. You cannot afford to have one robot for one task. Who knows how many tasks you will encounter in space? What you want is a single robotic platform that can transform to do multi-tasks. What we want is a deck of thin robogami modules that can transform to do multiples of performing tasks. And don't take my word for it, because the European Space Agency and Swiss Space Center are sponsoring this exact concept.
Lo Spazio è l'ambiente perfetto per i robogami. Lì non è conveniente avere un robot diverso per ogni compito. Chissà quanti compiti diversi si dovranno affrontare nello Spazio? L'ideale è un unico robot in grado di trasformarsi a seconda del compito. Ciò che serve è un insieme di leggeri moduli robogami capaci di trasformarsi a seconda del compito da svolgere. Non sono l'unica a pensarla così, perché l'Agenzia Spaziale Europea e il Centro Spaziale Svizzero sostengono questo stesso punto di vista.
So here you see a couple of images of reconfiguration of robogamis, exploring the foreign land aboveground, on the surface, as well as digging into the surface. It's not just exploration. For astronauts, they need additional help, because you cannot afford to bring interns up there, either.
Ecco alcune immagini di robogami che si riconfigurano per esplorare un paesaggio sconosciuto in superficie, ma anche sotto la superficie. Non si tratta solo di esplorare: agli astronauti serve un ulteriore aiuto, perché lassù non si possono portare dei tirocinanti.
(Laughter)
(Risate)
They have to do every tedious task. They may be simple, but super interactive. So you need robots to facilitate their experiments, assisting them with the communications and just docking onto surfaces to be their third arm holding different tools. But how will they be able to control robogamis, for example, outside the space station? In this case, I show a robogami that is holding space debris. You can work with your vision so that you can control them, but what would be better is having the sensation of touch directly transported onto the hands of the astronauts. And what you need is a haptic device, a haptic interface that recreates the sensation of touch. And using robogamis, we can do this.
Devono svolgere da soli ogni noioso compito. A volte i compiti sono semplici, ma estremamente interattivi. Servono dunque dei robot che facilitino gli esperimenti, assistano nelle telecomunicazioni o semplicemente fungano da portaoggetti attaccati alle superfici. Come sarà possibile, per esempio, controllare i robogami al di fuori della stazione spaziale? Qui vedete un robogami che trattiene un detrito spaziale. Si può usare la vista per guidarli, ma la cosa migliore sarebbe trasferire la sensazione tattile direttamente alle mani degli astronauti. Per farlo serve un dispositivo aptico, un'interfaccia aptica che riproduca il senso del tatto. Con i robogami ciò è possibile.
This is the world's smallest haptic interface that can recreate a sensation of touch just underneath your fingertip. We do this by moving the robogami by microscopic and macroscopic movements at the stage. And by having this, not only will you be able to feel how big the object is, the roundness and the lines, but also the stiffness and the texture. Alex has this interface just underneath his thumb, and if he were to use this with VR goggles and hand controllers, now the virtual reality is no longer virtual. It becomes a tangible reality. The blue ball, red ball and black ball that he's looking at is no longer differentiated by colors. Now it is a rubber blue ball, sponge red ball and billiard black ball. This is now possible. Let me show you.
Questa è l'interfaccia aptica più piccola del mondo in grado di ricreare la sensazione tattile appena sotto la punta delle dita. Per farlo, facciamo compiere al robogami movimenti microscopici e macroscopici. Questo permette non solo di sentire al tatto le dimensioni dell'oggetto e la rotondità delle sue linee, ma anche la sua rigidità e consistenza. L'interfaccia si trova appena sotto al pollice di Alex e grazie a visori VR e controlli manuali la realtà virtuale smette di essere virtuale per diventare tangibile. Le palle blu, rossa e nera che sta guardando non sono più differenziate solo dai loro colori. Ora la palla blu è di gomma, la rossa è di spugna e la nera è da biliardo. Adesso tutto questo è possibile. Vi faccio vedere.
This is really the first time this is shown live in front of a public grand audience, so hopefully this works. So what you see here is an atlas of anatomy and the robogami haptic interface. So, like all the other reconfigurable robots, it multitasks. Not only is it going to serve as a mouse, but also a haptic interface.
È la prima volta in assoluto che viene mostrato dal vivo, davanti ad un vasto pubblico, quindi spero che funzioni. Allora, qui vedete una tavola anatomica e il robogami che funge da interfaccia aptica. Come tutti gli altri robot riconfigurabili, anche questo può fare più cose. Non funge solo da mouse, ma anche da interfaccia aptica.
So for example, we have a white background where there is no object. That means there is nothing to feel, so we can have a very, very flexible interface. Now, I use this as a mouse to approach skin, a muscular arm, so now let's feel his biceps, or shoulders. So now you see how much stiffer it becomes. Let's explore even more. Let's approach the ribcage. And as soon as I move on top of the ribcage and between the intercostal muscles, which is softer and harder, I can feel the difference of the stiffness. Take my word for it. So now you see, it's much stiffer in terms of the force it's giving back to my fingertip.
Se abbiamo uno sfondo bianco, senza oggetti, non c'è nulla da sentire, per cui possiamo avere un'interfaccia molto flessibile. Ora utilizzo il mouse per avvicinarmi alla pelle, ad un braccio muscoloso, per sentire i bicipiti o le spalle. Adesso potete osservare l'interfaccia che si irrigidisce. Continuiamo ad esplorare. Avviciniamoci alla cassa toracica. Appena mi sposto sopra di essa e tra i muscoli degli spazi intercostali, attraversando consistenze diverse, posso avvertire la differente rigidità. Fidatevi della mia parola. Come vedete, ora è più rigido, è maggiore la forza che restituisce alla punta del mio dito.
So I showed you the surfaces that aren't moving. How about if I were to approach something that moves, for example, like a beating heart? What would I feel?
Vi ho mostrato superfici che non si muovono, ma se invece volessi toccare qualcosa che si muove, per esempio un cuore che batte? Cosa sentirei?
(Applause)
(Applauso)
This can be your beating heart. This can actually be inside your pocket while you're shopping online. Now you'll be able to feel the difference of the sweater that you're buying, how soft it is, if it's actually cashmere or not, or the bagel that you're trying to buy, how hard it is or how crispy it is. This is now possible.
Questo cuore che batte potrebbe essere il vostro. Potreste tenere questo dispositivo nella vostra tasca, mentre fate acquisti su Internet. Potreste avvertire la consistenza del maglione che state comprando, la sua morbidezza, se è realmente vero cashmere, oppure sapere se il bagel che volete acquistare è duro o croccante. Questo ora è possibile.
The robotics technology is advancing to be more personalized and adaptive, to adapt to our everyday needs. This unique specie of reconfigurable robotics is actually the platform to provide this invisible, intuitive interface to meet our exact needs. These robots will no longer look like the characters from the movies. Instead, they will be whatever you want them to be.
La robotica si sta evolvendo per essere più personalizzata e flessibile, per adattarsi alle nostre esigenze quotidiane. Questa specie unica di robot riconfigurabili rappresenta la base per ottenere un'interfaccia invisibile e intuitiva che risponda in modo preciso ai nostri bisogni. Questi robot non assomiglieranno più ai personaggi dei film, ma saranno tutto ciò che voi vogliate che siano.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applauso)