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.
Як спеціалісту з робототехніки, мені ставлять багато питань. ''Коли роботи почнуть подавати сніданок?'' Раніше я вважала, що у майбутньому роботи будуть більш схожими на нас, тобто зовні будуть, як я. Тому я створила очі, що імітуватимуть мої. Я сконструювала руку, яка зможе задовольняти мої потреби... подати бейсбольний м'яч.
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.
Класичні роботи, як цей, створюються та стають функціональними завдяки встановленій кількості з'єднань та силових приводів. Це означає, що їхня функціональність та форма вже визначені заздалегідь на момент створення. Незважаючи на те, що ця рука досить влучно кидає -- вона навіть влучила у штатив вкінці -- це не означає, що вона приготує вам повноцінний сніданок. Вона навіть не здатна приготувати омлет.
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.
Саме тоді мене осяяло нове бачення майбутнього робототехніки: трансформери. Вони їздять, вони бігають, вони літають залежно від умов навколишнього середовища та мети. Щоб втілити цей задум у реальність, необхідно застосувати новий підхід до проектування роботів. Уявіть роботизований модуль у формі багатокутника, і за допомогою такої простої форми змінюється безліч різних форм, щоб спроектувати нову форму робота залежно від поставленого завдання. У КГ, комп'ютерній графіці, це не проблема -- Якщо говорити про створення більшості фільмів з використанням КГ. Але якщо ви намагаєтеся створити робота, який фізично рухається, це зовсім інше питання. Це абсолютно нова парадигма.
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."
Але ви вже все це створювали. Я думаю, кожен із вас виготовляв з паперу літачки, човники чи журавликів. Орігамі - це універсальна платформа для проектувальників. З одного аркуша паперу можна створити безліч форм, якщо не влаштовує форма, можна розгорнути і повторно згорнути аркуш. Згорнувши аркуш, можна з 2D поверхні утворити будь-яку 3D форму, і це математично доведено. А тепер уявіть, що необхідно створити аркуш зі штучним інтелектом, який може набувати будь-якої форми, в будь-який час. Саме над цим я працюю вже довгий час. Я називаю цей тип орігамі роботизованим орігамі, ''робогамі.''
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.
Це перша трансформація робогамі, яку я зробила приблизно 10 років тому. Плоский робот перетворюється у піраміду і знову у площину, а потім у космічний корабель. Цілком продумано.
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.
Через 10 років завдяки праці моєї групи дослідників у сфері ніндзя орігамі -- вона налічує приблизно 22 людей -- ми отримали нове покоління робогамі, воно трохи ефективніше і функціональніше, ніж попереднє. Тому нове покоління робогамі фактично відповідає нашій меті. Наприклад, цей робогамі переміщується по різних поверхнях автономно. Коли це суха і рівна поверхня, він повзає. А коли перед ним нерівна поверхня, він починає котитися. Все це виконує один і той самий робот, але, залежно від типу поверхні, він активує силові приводи у відповідній послідовності. І як тільки йому трапляється перешкода, він її перестрибує. Він виконує це завдяки накопиченню енергії в кожній із його кінцівок і вивільненню цієї енергіі, і вилітає, як з рогатки. Він навіть виконує гімнастичний трюк. Круто.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Я щойно вам показала, що може зробити один робогамі. Уявіть, що може зробити група таких робогамі. Вони можуть об'єднати зусилля, щоб виконати складніші завдання. Кожен модуль, активний чи пасивний, ми можемо задіяти, щоб створити різні форми. Не лише форми завдяки контролю з'єднань загином. Ми маємо змогу ставити різні завдання і приступати до їх виконання. Ця форма створює простір для постановки нових завдань. І на цей раз найважливішою є взаємодія. Цим модулям необхідно автономно знаходити один одного у різних просторових умовах, приєднуватися або від'єднуватися залежно від навколишніх умов та завдання. І тепер ми можемо це зробити.
So what's next? Our imagination.
Що робити далі? Скористаймося нашою уявою.
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.
Це симуляція того, чого ми можемо досягти за допомогою цього типу модуля. Ми вирішили спроектувати робота, який переміщується на 4 кінцівках, трансформується у маленьку собачку і робить невеликі кроки. За допомогою цього ж модуля ми можемо спроектувати робота з іншими можливостями, маніпулятора, типове завдання класичної робототехніки. За допомогою маніпулятора можна підняти якийсь предмет. Звісно, можна додати більше модулів, щоб зробити кінцівки маніпулятора довшими, щоб брати або піднімати більші або менші предмети, або спроектувати третю кінцівку. Для робогамі немає однієї чітко встановленої форми або завдання. Вони можуть трансформуватися у будь-що, будь-де та будь-коли.
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.
То ж як їх створити? Найбільша технічна проблема створення робогамі - надтонкі та надгнучкі властивості із збереженням функціональності. Робогамі складаються з багатьох шарів схем, двигунів, мікроконтролерів та сенсорів, все в одному корпусі. І коли ви контролюєте окремі з'єднання загином, ви можете досягти ось таких плавних рухів за вашою командою. Замість одного робота, який створено для виконання лише одного завдання, робогамі оптимізовано для виконання багатьох завдань. І це досить важливо для складних та особливих умов навколишнього середовища, як на Землі, так і у космосі.
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.
Космос -- це ідеальне середовище для робогамі. Не можна дозволити собі мати одного робота для одного завдання. Ніхто не знає, скільки завдань необхідно буде виконати в космосі. Потрібна лише одна роботизована платформа, яка трансформується для безлічі завдань. Необхідно мати лише один комплект тонких модулів робогамі, що здатні трансформуватися для виконання безлічі завдань. Хай ваші сумніви розвіються, бо Європейська космічна агенція і Швейцарський космічний центр є спонсорами для реалізації такої концепції.
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.
Перед вами декілька зразків робогамі зі змінною структурою, що досліджують поверхню іншої планети, а також заглиблюються в підземний шар. Це не просто дослідження. Астронавтам необхідна додаткова допомога, тому що вони не в змозі взяти з собою інтернів.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Помічники астронавтів мають братися за кожне нудне завдання. Вони можуть бути прості, але надзвичайно інтерактивні. Тому необхідні роботи, які полегшуватимуть проведення експериментів, забезпечуючи астронавтів зв'язком, і просто висаджуючись на різні поверхні у якості третьої руки, що тримає знаряддя. Але як астронавти зможуть контролювати робогамі, наприклад, за межами космічної станції? В даному випадку я покажу вам робогамі, який тримає космічне сміття. Можна покластися на свій зір, щоб контролювати їх, але краще було б скористатися дотиковим відчуттям, яке безпосередньо передається до рук астронавтів. Необхідно мати лише тактильний пристрій, тактильний інтерфейс, який відтворює відчуття дотику. Ми можемо цього досягти завдяки робогамі.
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.
Це найменший у світі тактильний інтерфейс, що здатен відтворювати відчуття дотику на кінчиках пальців. Це можна зробити, приводячи в рух робогамі завдяки мікроскопічним рухам та рухам, видимим неозброєним оком на цьому етапі. І досягнувши цього, можна не лише відчути величину предмета, округлість і форму, а також жорсткість та текстуру. Алекс тримає великий палець на цьому інтерфейсі, і якби він використав інтерфейс з ВР окулярами та контролерами, тоді віртуальна реальність перестала б бути віртуальною. Це реальність, яку можна відчути на дотик. Синя кулька, червона кулька і чорна кулька, на які він дивиться, більше не розрізняються за кольором. Тепер це ґумова синя кулька, губчаста червона кулька і більярдна чорна кулька. Тепер це можливо. Зараз я це продемонструю.
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.
Вперше ця демонстрація проходить наживо перед великою аудиторією з надією, що все спрацює. Зараз ви бачите атлас анатомії людини та тактильний інтерфейс робогамі. Подібно до всіх інших роботів зі змінною структурою, він багатоцільовий. Він працює не лише у якості мишки, але й також як тактильний інтерфейс.
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.
Зараз курсор розміщено на білому фоні, на якому нічого не зображено. Тобто, на дотик нічого не відчувається, тому інтерфейс дуже і дуже гнучкий. Тепер за допомогою інтерфесйса я наближу курсор до шкіри, до руки з м'язами, тепер давайте відчуємо на дотик біцепси або плечі. Тепер ви бачите, наскільки зменшилася пружність інтерфейсу. Давайте дослідимо ще більше. Наблизимо наш курсор до грудної клітки. Рухаючи курсор у верхній частині грудної клітки та між міжреберними м'язами, тобто там, де різна жорсткість, я відчуваю різницю пружності інтерфейсу. Можете не сумніватися. Інтерфейс став набагато жорсткішим по відношенню до сили пружності, яку він передає кінчику мого пальця.
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?
Я продемонструвала вам експеримент з нерухомими поверхнями. Уявімо, що мені необхідно наблизити курсор до рухомої поверхні, наприклад, до серця, яке б'ється. Що б я відчула?
(Applause)
(Оплески)
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.
Ви можете відчути на дотик, як стукає ваше серце. Цей інтерфейс може фактично знаходитися у вашій кишені, коли ви здійснюєте покупки онлайн. Тепер ви маєте змогу відчути на дотик светр, який ви купуєте, його м'якість, перевірити чи це кашемір, або купити бублики, перевірити, наскільки вони тверді або хрусткі. Тепер це можливо.
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.
Робототехніка розвивається і стає більш персоналізованою та адаптивною, щоб пристосуватися до наших потреб. Цей унікальний вид робототехніки, здатної до трансформації, фактично є платформою для створення цього невидимого, інтуїтивного інтерфейсу, щоб задовольнити наші конкретні потреби. Ці роботи більше не будуть схожі на персонажів з фільмів. Вони перетворюватимуться у те, що нам заманеться.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)