پتانسیل شگفت‌انگیز روبات‌های نرم و انعطاف‌پذیر

خوب، روبات‌ها. روبات‌ها می‌توانند برنامه‌ریزی شوند تا یک وظیفه را میلیون‌ها باربا حداقل خطا انجام دهند، کاری که برای ما خیلی دشوار است، نه؟ و تماشای آنها حین کار هممی‌تواند خیلی تاثیرگذار باشد. نگاه کنید. من می‌توانم ساعت‌ها به آنها نگاه کنم. نه؟ چیزی که کمتر تاثیرگذار است، این است که اگر این روبات‌ها رااز کارخانه بیرون بیاورید، و جایی ببرید که محیط مثل اینجاکاملا شناخته شده و اندازه‌گیری شده نیست، برای انجام یک کارکه دقت بالایی هم لازم ندارد، ممکن است چنین اتفاقی بیفتد. منظورم این است که باز کردنیک در که دقت چندانی نمی‌خواهد.
(خنده)
یا خطایی کوچک در محاسبات، و شیر را از دست داد، بفرمایید --
(خنده)
بیشتر اوقات هیچ راهی هم برای جبران نیست.
خب دلیل آن چیست؟ خوب، برای چندین سال، روبات‌ها با تاکید بر سرعتو دقت طراحی شده‌اند، و این موضوع در ساختارخیلی خاصی ترجمه می‌شود. اگر یک دست روباتی را بردارید، مجموعه به دقت چیده‌شده‌ای از اتصالات، و موتورهاست، که ما عملگر می‌نامیم، آنها اتصالات را حول مفصل حرکت می‌دهند. در این ساختار روباتیک، باید محیط را به دقت اندازه بگیرید، تا بدانید چه چیزی در محیط هست، و باید هر حرکت مفصل‌های روبات را کاملا برنامه‌ریزی کنید، زیرا خطایی کوچک، می‌تواندشکستی بزرگ به بار بیاورد، که به چیزی آسیب بزنیدیا به ربات‌تان آسیب بزنید اگر به چیزی سخت‌تر بخورد.
پس بیایید کمی درباره آنها صحبت کنیم. و به مغز این روبات‌ها فکر نکنید یا اینکه ما چقدر با دقت آنها رابرنامه نویسی می‌کنیم، اما به جای آن به بدن آنها نگاه کنید. به وضوح مشکلی در آن هست، چون چیزی که یک روبات را دقیق و قوی می‌کند در دنیای واقعی آنها رابه طرز مسخره‌ای خطرناک و بی‌اثر می‌کند، چون بدن آنها نمی‌تواند تغییر شکل بدهد یا تنظیم شود تا با دنیای واقعیبهتر تعامل کند. پس از جهت مخالف به آن نگاه کنید، که نرم‌تر از همه چیزهای اطراف‌تان باشند. خوب، شاید فکر کنید اگر نرم باشیدواقعا قادر به انجام هیچ کاری نباشید، احتمالا. خوب، طبیعت خلاف آن را به ما یاد داده است. برای مثال، در کف اقیانوس، زیر هزاران کیلوگرم فشار هیدرواستاتیک، جانوری کاملاً نرم می‌تواند حرکت کند و با چیزیبه مراتب سخت‌تر از خودش تعامل کند. او با حمل این پوست نارگیل حرکت می‌کند به لطف انعطاف‌پذیری بازوچه‌هایش، که به عنوان دست و پای او عمل می‌کنند. و ظاهراً، یک اختاپوس هم می‌تواندسر یک شیشه را باز کند. خیلی تاثیرگذار است، نه؟
اما مشخص است که این فقطبه خاطر مغز این حیوان ممکن نشده است، بلکه به خاطر بدن او هم هست، و این مثالی مشخص،یا شاید مشخص‌ترین مثال است، از هوش مجسم، که گونه‌ای از هوش استکه تمام موجودات زنده دارند. همه ما آن را داریم. بدن ما، شکل، جنس و ساختار آن، نفشی اساسی در یک کار فیزیکی بازی می‌کند، چون می‌توانیم با محیط اطرافمانتطابق پیدا کنیم تا بتوانیم در محدوده وسیعیاز شرایط موفق باشیم بدون اینکه نقشه‌ای بچینیمیا محاسبه‌ای بکنیم.
پس چرا بخشی از هوش مجسم را در ماشین‌های روباتیک قرار ندهیم، تا آنها را از تکیه بر کار بیش از حد در محاسبات و حس کردن رها کنیم؟ خوب، برای این کار، می‌توانیماز استراتژی طبیعت پیروی کنیم، زیرا با تکامل،کار بسیار خوبی انجام داده است در طراحی ماشین‌ها برای تعامل با محیط. و ساده می‌توان فهمیدکه طبیعت از مواد نرم به کرات و از مواد سخت به ندرت استفاده می‌کند. و این کاری است که در اینزمینه جدید روباتیک انجام شده است، که «روباتیک نرم» نام دارد، که در آن هدف اصلیساختن دستگاه‌های فوق دقیق نیست، چون این کار را که کرده‌ایم، بلکه برای اینکه روبات‌ها بتوانندبا شرایط غیرمنتظره روبرو شوند، تا بتوانند وارد دنیای خارج شوند. و چیزی که باعث نرمی یک روبات می‌شوداول سازگاری بدن آن است، که از مواد یا ساختارهایی ساخته شده که می‌توانندتغییر شکل‌های خیلی زیاد را دوام بیاورند، پس دیگر اتصالات صلب نداریم، و دوم اینکه برای حرکت دادن آنها، از چیزیاستفاده می‌کنیم به نام تحریک توزیع شده، تا بتوانیم به طور پیوستهشکل این بدن شکل پذیر را کنترل کنیم، که اثری مانند داشتنتعداد زیادی اتصال و مفصل دارد، اما هیچ ساختار سختی در آن نیست.
پس می‌توانید تصور کنید که ساختن یکروبات نرم فرآیندی بسیار متفاوت است از روبات‌های سخت،که اتصال و دنده و پیچ دارند و باید به صورت کاملامشخصی با هم ترکیب شوند. در روبات‌های نرم، بیشتر اوقات فقط محرک را از پایه می‌سازید، اما ماده انعطاف‌پذیر را طوری شکل می‌دهید که به ورودی مشخصی واکنش بدهد. برای مثال، اینجا، می‌توانیدفقط یک ساختار را تغییر شکل بدهید که شکلی نسبتاً پیچیده دارد اگر بخواهید همین کار رابا اتصالات و مفصل‌های صلب انجام دهید، و اینجا، آنچه استفاده می‌کنیدفقط یک ورودی است، مثل فشار هوا.
خوب، اما بیایید چند مثال باحالاز روبات‌های نرم ببینیم. اینجا یک آقا کوچولوی بامزه داریمکه در دانشگاه هاروارد ساخته شده، و او به لطف جریان‌های فشاریکه در بدنش اعمال می‌شود حرکت می‌کند، و به لطف انعطاف پذیری،او همچنین می‌تواند زیر یک پل کوتاه بخزد، و به راه رفتن ادامه دهد، و بعد کمی متفاوت به راه رفتن ادامه دهد. و این یک نمونه خیلی ابتدایی است، اما آنها همچنین یک نمونهخیلی محکم‌تر توان سرخود هم ساخته‌اند که واقعا می‌تواند به جهان بیرونفرستاده شود و با مسائل آن روبرو شود مثل اینکه یک ماشیناز روی آن رد بشود ... و به کار ادامه بدهد.
بامزه است.
(خنده)
یا یک ماهی روباتیک،که مثل یک ماهی واقعی در آب شنا می‌کند صرفا به این دلیل که دمی نرمبا محرک توزیع شده دارد که هنوز هم فشار هوا است. این از MIT بود، و البته یک اختاپوس روباتیک داریم. این درواقع یکی از اولین پروژه‌هایی است که در این زمینه جدیدروبات‌های نرم ساخته شده است. اینجا، بازوچه مصنوعی را می‌بینید، اما آنها در واقع کل یک ماشین رابا چندین بازوچه ساخته‌اند آنها می‌توانستند آن را در آب بیندازند، و می‌بینید که می‌تواند به نوعی به اطرافبرود و کاوش‌های زیردریایی انجام دهد به روشی متفاوت از روبات‌های صلب. اما این برای محیط‌های ظریفمانند صخره‌های مرجانی خیلی مهم است.
بیایید به زمین برگردیم. اینجا منظره‌ای می‌بینید از روباتی در حال رشد که منو همکارانم در استنفورد ساخته‌ایم. می‌بینید که دوربین در بالا ثابت شده. و این روبات خاص است، چون با استفاده از فشار هوا،از سر رشد می‌کند، در حالی که باقی بدن در تماسبا محیط محکم باقی می‌ماند. و این از گیاهانالهام گرفته شده، نه حیوانات، که بوسیله مواد به صورتی مشابه رشد می‌کند تا بتواند با گستره وسیعیاز موقعیت‌ها مواجه شود.
اما من یک مهندس بیومدیکال هستم، و شاید کاربردی که منبیش از همه به آن علاقه دارم زمینه پزشکی است، و دشوار بتوان تعاملی نزدیکتربا بدن انسان تصور کرد از اینکه واقعا به درون بدن برویم، برای مثال، برای انجام یک عمل کوچک تهاجمی. و اینجا، روبات‌ها می‌توانندبرای جراح خیلی مفید باشند، چون آنها باید با استفاده از سوراخ‌های کوچکو ابزار مستقیم وارد بدن شوند، و این ابزارها باید با ساختارهایبسیار ظریفی تعامل کنند در محیطی بسیار متغیر، و این کار باید ایمن انجام شود. بنابراین بردن دوربین درون بدن، یعنی بردن چشمان جراح به منطقه مورد جراحی خیلی چالش‌برانگیز خواهد بوداگر از یک تکه صلب استفاده کنید، مثل اندوسکوپ کلاسیک.
با گروه تحقیقاتی قبلی‌ام در اروپا، این روبات دوربین‌دار نرم رابرای جراحی ساختیم، که خیلی با یک اندوسکوپ کلاسیک متفاوت است، که می‌تواند به لطفانعطاف‌پذیری قطعات حرکت کند که می‌تواند در هر جهتی خم شودو همچنین تغییر طول بدهد. و این در واقع توسط جراحان استفاده شدتا ببینند چه کار دارند می‌کنند با ابزارهای دیگری از نقطه‌نظرهای دیگر، بدون توجه زیادی به اینکهچه چیزی در اطراف لمس می‌شود. و اینجا روبات نرم را در حین کار می‌بینید، و فقط به داخل می‌رود. این یک شبیه‌ساز بدن است، نه یک بدن واقعی. به اطراف می‌رود. یک نور دارید، چون معمولا، درون بدن‌تان نور زیادی نیست.
امیدواریم.
(خنده)
اما گاهی یک عمل جراحی می‌تواندتنها با استفاده از یک سوزن انجام شود، و حالا در استنفورد، روی یک سوزنخیلی انعطاف‌پذیر کار می‌کنیم، به نوعی یک روبات نرم خیلی کوچک که از نظر مکانیکی برای تعامل با بافت‌ها و رفتن درون یک اندام جامد طراحی شده است. این رسیدن به اهداف مختلفی راممکن می‌سازد، مثل تومورها، در اعماق یک اندام جامد با استفاده از تنها یک نقطه دخول. و می‌توانید حتی ساختاریکه در راه رسیدن به هدف می‌خواهید از آن اجتناب کنید را دور بزنید.
پس روشن است، که این زمانیبسیار هیجان‌انگیز برای روباتیک است. روبات‌هایی داریم که بایدبا ساختارهای نرم کار کنند، پس این سوالات تازه و بسیار چالشی را برای جامعه روباتیک برمی‌انگیزد، و البته، تازه در حالشروع به یادگیری کنترل، و قرار دادن حسگرها روی اینساختارهای بسیار انعطاف‌پذیر هستیم. اما البته، حتی نزدیک هم نیستیم به آنچه طبیعت در طولمیلیون‌ها سال تکامل به آن دست یافته.
اما از یک چیز مطمئن هستم: روبات‌ها نرم‌تر و امن‌تر خواهند شد، و به کمک مردم خواهند آمد. متشکرم.
(تشویق)