TEDxMileHigh
Christoph Keplinger: The artificial muscles that will power robots of the future
كريستوف كيبلينغر: العضلاتُ الاصطناعيّةُ مفتاحُ قوّةِ روبوتاتِ المستقبل
Filmed:
Readability: 5.1
452,936 views
يزدادُ ذكاءُ تفكيرِ الروبوتات يوماً بعد يوم، لكنّ أجسادهم في الغالب تبقى ثقيلةً وغير عمليّة.
بإلهامٍ من تحفةِ التطوّر، وهي العضلاتُ البيولوجيّة، يصمّمُ المهندس الميكانيكي (كريستوف كيبلينغر) جيلاً جديداً من الروبوتات الرشيقة واللينة. شاهدوا كيف تتقلّص وتتمدّدُ هذه العضلاتُ "الاصطناعيّة" مثل العضلاتِ الحقيقيّة، وكيف يمكنها أن تصلَ إلى سرعاتٍ تفوق سرعة عضلاتِ البشر، وتعرّفوا كيف بإمكانِ هذه العضلات أن تقوّيَ الأطراف الاصطناعية والتي هي أكثرُ كفاءةً وقوّة من أطرافِ الإنسان.
Christoph Keplinger - Roboticist, mechanical engineer
Christoph Keplinger aims to fundamentally challenge current limitations of robotic hardware, combining soft matter physics and chemistry with advanced engineering technologies to create a new generation of lifelike robots. Full bio
Christoph Keplinger aims to fundamentally challenge current limitations of robotic hardware, combining soft matter physics and chemistry with advanced engineering technologies to create a new generation of lifelike robots. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
In 2015, 25 teams from around the world
0
1125
3893
في عام 2015، تنافس 25 فريقًا حول العالم
00:17
competed to build robots
for disaster response
for disaster response
1
5042
2726
لإنشاءِ روبوتاتٍ تستجيبُ للكوارث
00:19
that could perform a number of tasks,
2
7792
1851
يمكنها أن تؤدّيَ عدداً من المهام،
00:21
such as using a power tool,
3
9667
1642
مثلَ استخدامِ أداةٍ كهربائيّة
00:23
working on uneven terrain
4
11333
1685
والعملَ فوقَ أرضيّةٍ غيِرِ مستوية
00:25
and driving a car.
5
13042
1250
وقيادةَ سيّارة.
00:27
That all sounds impressive, and it is,
6
15292
2041
كلّ هذا يبدو مثيراً للإعجاب،
وهوَ بالفعلِ كذلك.
وهوَ بالفعلِ كذلك.
00:30
but look at the body
of the winning robot, HUBO.
of the winning robot, HUBO.
7
18458
2792
لكن، ألقوا نظرةً إلى هيكلِ الروبوت
(هيوبو) الفائز.
(هيوبو) الفائز.
00:34
Here, HUBO is trying to get out of a car,
8
22208
2310
يحاولُ هنا (هيوبو) الخروجَ من السيّارة،
00:36
and keep in mind,
9
24542
1726
وخذوا بعينِ الاعتبار
00:38
the video is sped up three times.
10
26292
1767
أنّه تمّ تسريعُ الفيديو ثلاثَ مرّات.
00:40
(Laughter)
11
28083
3625
(ضحك)
00:44
HUBO, from team KAIST out of Korea,
is a state-of-the-art robot
is a state-of-the-art robot
12
32750
2976
(هيوبو) الذي صنعه فريق (كايست) في كوريا
هو روبوتٌ متقدّم المستوى
هو روبوتٌ متقدّم المستوى
00:47
with impressive capabilities,
13
35750
1768
بقدراتٍ مثيرةٍ للإعجاب،
00:49
but this body doesn't look
all that different
all that different
14
37542
2142
لكنّ هيكلهُ لا يختلفُ كثيرًا
00:51
from robots we've seen a few decades ago.
15
39708
1953
عن ذلك الخاصّ بالروبوتات الأقدمِ منذ عقود.
00:54
If you look at the other robots
in the competition,
in the competition,
16
42625
2417
بالنظرِ إلى الروبوتات الأخرى في المنافسة،
00:58
their movements also still look,
well, very robotic.
well, very robotic.
17
46000
3101
يبدو أنّ تحركاتهم أيضاً
ما تزالُ آليةً جدًا.
ما تزالُ آليةً جدًا.
01:01
Their bodies are complex
mechanical structures
mechanical structures
18
49125
2226
إنّ أجسادهم هي هياكل آليّة معقّدة
01:03
using rigid materials
19
51375
1601
تعتمد على موادٍ صلبة،
01:05
such as metal and traditional
rigid electric motors.
rigid electric motors.
20
53000
3601
مثلَ المعدن والمحرّكاتِ
الكهربائيّة التقليديّة.
الكهربائيّة التقليديّة.
لكن بالطّبع، لم تُصمّم هذه الروبوتات
01:08
They certainly weren't designed
21
56625
1601
01:10
to be low-cost, safe near people
22
58250
3059
لتكون منخفضةَ التكلفة،
ويكونَ وجودها إلى جانب البشر آمناً
ويكونَ وجودها إلى جانب البشر آمناً
01:13
and adaptable to unpredictable challenges.
23
61333
2851
أو أن تتأقلمَ مع العقباتِ المفاجئة.
01:16
We've made good progress
with the brains of robots,
with the brains of robots,
24
64208
2768
لقد أحدثنا تقدّما بارزاً بطريقةِ
تفكيرِ الروبوتات
تفكيرِ الروبوتات
01:19
but their bodies are still primitive.
25
67000
1792
لكنّ أجسادهم لا تزالُ بدائيّة.
01:22
This is my daughter Nadia.
26
70625
2018
هذه ابنتي (ناديا)
01:24
She's only five years old
27
72667
1726
هي في الخامسةِ من عمرها،
01:26
and she can get out of the car
way faster than HUBO.
way faster than HUBO.
28
74417
2476
ويمكنها أن تخرجَ من السّيارةِ
أسرع بكثيرٍ من (هيوبو)
أسرع بكثيرٍ من (هيوبو)
01:28
(Laughter)
29
76917
1767
(ضحك)
01:30
She can also swing around
on monkey bars with ease,
on monkey bars with ease,
30
78708
2393
يمكنها التأرجح على قضبانِ
الحديقةِ بسهولة أيضاً،
الحديقةِ بسهولة أيضاً،
01:33
much better than any current
human-like robot could do.
human-like robot could do.
31
81125
3143
وأفضلَ بكثيرٍ مما يمكن أن يقومَ به
أي روبوتٍ شبيه بالبشر.
أي روبوتٍ شبيه بالبشر.
01:36
In contrast to HUBO,
32
84292
1351
بخلافِ الروبوت (هيوبو)،
01:37
the human body makes extensive use
of soft and deformable materials
of soft and deformable materials
33
85667
3726
يستفيد الجسمُ البشريُّ استفادةً شاملةً
من الموادّ اللينة والقابلة لتغيير شكلها
من الموادّ اللينة والقابلة لتغيير شكلها
01:41
such as muscle and skin.
34
89417
1934
مثلَ العضلاتِ والجلد.
01:43
We need a new generation of robot bodies
35
91375
2351
نحتاجُ إلى جيلٍ جديدٍ من أجساد الروبوتات
01:45
that is inspired by the elegance,
efficiency and by the soft materials
efficiency and by the soft materials
36
93750
4101
مستوحىً من الأناقة والكفاءة والمواد اللينة
01:49
of the designs found in nature.
37
97875
1542
للتصميماتِ الموجودةِ في الطّبيعة.
01:52
And indeed, this has become
the key idea of a new field of research
the key idea of a new field of research
38
100292
4226
وبالطّبع، أصبحت هذه الفكرةَ الرّئيسيّة
لميدانِ بحثٍ جديد
لميدانِ بحثٍ جديد
01:56
called soft robotics.
39
104542
1934
يهتمّ بالروبوتاتِ اللينة.
01:58
My research group
and collaborators around the world
and collaborators around the world
40
106500
2893
بالتعاونِ مع ناسٍ من أنحاء العالم،
02:01
are using soft components
inspired by muscle and skin
inspired by muscle and skin
41
109417
3642
يستخدمُ فريقُ بحثي مكوناتٍ ليّنة
مستوحاةً من العضلاتِ والبشرة
مستوحاةً من العضلاتِ والبشرة
02:05
to build robots with agility and dexterity
42
113083
2810
لإنشاء روبوتاتٍ تتمتع بالرشاقةِ والبراعة
02:07
that comes closer and closer
43
115917
1642
والتي تصبح أقرب كثيرًا
02:09
to the astonishing capabilities
of the organisms found in nature.
of the organisms found in nature.
44
117583
3292
للقدراتِ المذهلةِ للكائنات الحيّة
الموجودةِ في الطبيعة.
الموجودةِ في الطبيعة.
02:14
I've always been particularly inspired
by biological muscle.
by biological muscle.
45
122458
3685
لطالما كانت عضلاثُ الجسم مصدرَ إلهامٍ لي.
02:18
Now, that's not surprising.
46
126167
2142
حسناً، هذا ليس مفاجئًا.
02:20
I'm also Austrian, and I know that I sound
a bit like Arnie, the Terminator.
a bit like Arnie, the Terminator.
47
128333
3601
أنا أيضًا نمساوي، وأعلم أن صوتي
يشبه قليلاً صوت (آرني) من فلم (Terminator)
يشبه قليلاً صوت (آرني) من فلم (Terminator)
02:23
(Laughter)
48
131958
3018
(ضحك)
02:27
Biological muscle
is a true masterpiece of evolution.
is a true masterpiece of evolution.
49
135000
2976
العضلةُ البيولوجيّة هي تحفةٌ حقيقية
من تحفِ التطوّر.
من تحفِ التطوّر.
02:30
It can heal after damage
50
138000
1559
يمكنها أن تتعافى بعد التّلف،
02:31
and it's tightly integrated
with sensory neurons
with sensory neurons
51
139583
2435
ويتكاملُ عملها بإحكامٍ مع العصبونات الحسية
02:34
for feedback on motion
and the environment.
and the environment.
52
142042
2125
للإحساسِ بالحركةِ والبيئةِ المحيطة.
02:37
It can contract fast enough
to power the high-speed wings
to power the high-speed wings
53
145083
2893
يمكنها أن تنقبض بسرعةٍ تكفي
لتقوية الأجنحة ذات السرعة العالية
لتقوية الأجنحة ذات السرعة العالية
02:40
of a hummingbird;
54
148000
1268
لطائر الطّنان،
02:41
it can grow strong enough
to move an elephant;
to move an elephant;
55
149292
2684
يمكنها أن تصبح قويةً بما يكفي لتحريك فيل،
02:44
and it's adaptable enough
to be used in the extremely versatile arms
to be used in the extremely versatile arms
56
152000
3559
ويمكنُ أن تتكيّف لتقوم بوظائف
أذرعِ الأخطبوط متعددة القدرات
أذرعِ الأخطبوط متعددة القدرات
02:47
of an octopus,
57
155583
1310
02:48
an animal that can squeeze
its entire body through tiny holes.
its entire body through tiny holes.
58
156917
3333
وهو حيوانٌ يمكنه أن يحشرَ جسدهُ بالكامل
في فتحاتٍ صغيرة جدًا.
في فتحاتٍ صغيرة جدًا.
02:53
Actuators are for robots
what muscles are for animals:
what muscles are for animals:
59
161250
3893
المشغّلاتُ الميكانيكيّة للروبوتات
هي بمثابة العضلاتِ في الحيوانات:
هي بمثابة العضلاتِ في الحيوانات:
02:57
key components of the body
60
165167
1851
أيّ، مكوناتٌ أساسيّة للجسد،
02:59
that enable movement
and interaction with the world.
and interaction with the world.
61
167042
2541
والتي بدورها تسمح بالحركةِ
والتفاعلِ مع العالم.
والتفاعلِ مع العالم.
03:02
So if we could build soft actuators,
62
170667
2476
لذا إن استطعنا أن ننشئَ مشغّلاتٍ لينة،
03:05
or artificial muscles,
63
173167
1434
أو عضلاتٍ اصطناعيّة
03:06
that are as versatile, adaptable
64
174625
1601
لها القدرة على التكيف مع المهام المتعددة
03:08
and could have the same performance
as the real thing,
as the real thing,
65
176250
2559
بحيث يكون أداؤها مشابهاً
لأداء العضلات الحقيقية،
لأداء العضلات الحقيقية،
03:10
we could build almost any type of robot
66
178833
1935
سنستطيعُ إنشاءَ أي نوعٍ من الروبوتات
03:12
for almost any type of use.
67
180792
1375
لمعظمِ أنواع الاستعمالات.
03:15
Not surprisingly,
people have tried for many decades
people have tried for many decades
68
183167
3184
ليسَ بالأمرِ المفاجئِ
أنّ الناس قد حاولوا لعقودٍ طويلة
أنّ الناس قد حاولوا لعقودٍ طويلة
03:18
to replicate the astonishing
capabilities of muscle,
capabilities of muscle,
69
186375
2893
استنساخَ قدراتِ العضلاتِ المذهلة،
03:21
but it's been really hard.
70
189292
1333
لكنَّ الأمرَ كان صعبًا جدًا.
03:24
About 10 years ago,
71
192583
1476
منذ حوالي عشرِ سنوات،
03:26
when I did my PhD back in Austria,
72
194083
2726
حين حصلتُ على الدكتوراه في النّمسا،
03:28
my colleagues and I rediscovered
73
196833
2101
قُمنا أنا وزملائي بإعادة اكتشاف
03:30
what is likely one of the very first
publications on artificial muscle,
publications on artificial muscle,
74
198958
4143
أحدَ أوّل الأعمالِ المنشورة على الأرجح
فيما يخصّ العضلاتِ الاصطناعيّة،
فيما يخصّ العضلاتِ الاصطناعيّة،
03:35
published in 1880.
75
203125
1851
والتي نُشرت عام 1880
03:37
"On the shape and volume changes
of dielectric bodies
of dielectric bodies
76
205000
3143
بعنوان (دورُ الكهرباءِ في تغيير
حجم وشكل الأجسام العازلة.)
حجم وشكل الأجسام العازلة.)
03:40
caused by electricity,"
77
208167
1517
03:41
published by German physicist
Wilhelm Röntgen.
Wilhelm Röntgen.
78
209708
3101
قام بنشرِ هذا البحث عالمُ الفيزياء
الألمانيّ (ويلهم رونتكين)
الألمانيّ (ويلهم رونتكين)
03:44
Most of you know him
as the discoverer of the X-ray.
as the discoverer of the X-ray.
79
212833
3042
معظكم يعرفهُ كونه
مكتشفَ الأشعّة السينيّة (X).
مكتشفَ الأشعّة السينيّة (X).
03:49
Following his instructions,
we used a pair of needles.
we used a pair of needles.
80
217292
2559
استخدمنا زوجاً من الإبر تبعاً لإرشاداته،
03:51
We connected it to a high-voltage source,
81
219875
1954
ووصلناه بتيّارٍ عالي التوتّر
03:53
and we placed it near
a transparent piece of rubber
a transparent piece of rubber
82
221833
2476
ووضعناه قرب قطعةٍ شفّافةٍ من المطّاط
03:56
that was prestretched
onto a plastic frame.
onto a plastic frame.
83
224313
2084
بعد تمديده على إطارٍ من البلاستيك.
03:59
When we switched on the voltage,
84
227333
1685
عندما وصلنا التوتّر،
04:01
the rubber deformed,
85
229042
1309
تقلّصت قطعةُ المطّاط
04:02
and just like our biceps flexes our arm,
86
230375
3184
وكما تقوم عضلاتنا بطويِ ذراعنا،
04:05
the rubber flexed the plastic frame.
87
233583
2643
قامت قطعةُ المطّاطِ بطويِ الإطار.
04:08
It looks like magic.
88
236250
1309
يبدو الأمرُ كالسحر،
04:09
The needles don't even touch the rubber.
89
237583
2351
فالإبرُ حتى لا تلامسُ المطّاط.
04:11
Now, having two such needles
is not a practical way
is not a practical way
90
239958
2518
استخدامُ إبرتين كهاتين ليس طريقةً عمليّة
04:14
of operating artificial muscles,
91
242500
2143
لمحاكاةِ العضلات الاصطناعيّة،
04:16
but this amazing experiment
got me hooked on the topic.
got me hooked on the topic.
92
244667
3142
لكنّ هذه التجربةَ المذهلة جذبت
كل انتباهي لهذا الموضوع.
كل انتباهي لهذا الموضوع.
04:19
I wanted to create new ways
to build artificial muscles
to build artificial muscles
93
247833
3018
أردت ابتكارَ طرائقَ جديدة لصنع
عضلاتٍ اصطناعيّة
عضلاتٍ اصطناعيّة
04:22
that would work well
for real-world applications.
for real-world applications.
94
250875
2809
تعملُ بشكلٍ متقنٍ في تطبيقات
الحياة العمليّة.
الحياة العمليّة.
04:25
For the next years, I worked
on a number of different technologies
on a number of different technologies
95
253708
3726
خلال السنواتِ التالية، عملتُ
على تقنيّاتٍ عديدةٍ مختلفة
على تقنيّاتٍ عديدةٍ مختلفة
04:29
that all showed promise,
96
257458
1309
وكان هناكَ أملٌ بنجاحها،
04:30
but they all had remaining challenges
that are hard to overcome.
that are hard to overcome.
97
258791
3042
على الرّغمِ من التّحديات الصعبةِ
التي تعترضُ طريقَ تنفيذها.
التي تعترضُ طريقَ تنفيذها.
04:34
In 2015,
98
262833
1601
في عام 2015،
04:36
when I started my own lab at CU Boulder,
99
264458
2393
عندما أنشأتُ مختبري في جامعة (كولورادو)
04:38
I wanted to try an entirely new idea.
100
266875
2226
أردتُ أن أجرّب فكرةً جديدة كليّاً.
04:41
I wanted to combine
the high speed and efficiency
the high speed and efficiency
101
269125
2893
أردتُ دمج الكفاءةِ والسّرعة العالية
04:44
of electrically driven actuators
102
272042
1976
الخاصّة بالمحركات الكهربائيّة
04:46
with the versatility
of soft, fluidic actuators.
of soft, fluidic actuators.
103
274042
2750
مع القدرات المتعدّدة للمحرّكات اللينة.
فلذلك قلت لنفسي:
04:49
Therefore, I thought,
104
277458
1310
04:50
maybe I can try using
really old science in a new way.
really old science in a new way.
105
278792
3351
"ربما يمكنني استخدامُ العلمِ القديم،
ولكن بطرائق جديدة."
ولكن بطرائق جديدة."
04:54
The diagram you see here
106
282167
1767
يبيّن الرسم الموضّح أعلاه تأثيراً
يدعى (ضغط ماكسويل).
يدعى (ضغط ماكسويل).
04:55
shows an effect called Maxwell stress.
107
283958
2560
04:58
When you take two metal plates
108
286542
1476
بأخذِ صفيحتين من معدن،
05:00
and place them in a container
filled with oil,
filled with oil,
109
288042
2184
ووضعهما في إناءٍ يحوي زيت،
05:02
and then switch on a voltage,
110
290250
1643
ووصلهما بتوتّرٍ كهربائيّ،
05:03
the Maxwell stress forces the oil
up in between the two plates,
up in between the two plates,
111
291917
3934
يجبر (ضغط ماكسويل) الزّيت
على المرورِ بين الصفيحتين،
على المرورِ بين الصفيحتين،
05:07
and that's what you see here.
112
295875
1476
مثلما هو موضّح.
فالفكرة الأساسية كانت:
05:09
So the key idea was,
113
297375
1351
"هل يمكننا توظيفُ هذا التأثير لتحريك الزيت
05:10
can we use this effect to push around oil
114
298750
2934
05:13
contained in soft stretchy structures?
115
301708
2810
الذي تحتويه بنياتٌ مرنة قابلة للتمدد؟"
05:16
And indeed, this worked surprisingly well,
116
304542
2351
وبالفعل، نجحت هذه الطريقةُ بشكلٍ مبهر،
05:18
quite honestly,
much better than I expected.
much better than I expected.
117
306917
2684
وأفضلَ بكثيرٍ مما توقعته، في الحقيقة.
05:21
Together with my
outstanding team of students,
outstanding team of students,
118
309625
2184
بالتعاونِ مع فريقي المذهل من الطّلاب،
05:23
we used this idea as a starting point
119
311833
1893
استخدمنا هذهِ الفكرةَ كنقطةِ انطلاق
05:25
to develop a new technology
called HASEL artificial muscles.
called HASEL artificial muscles.
120
313750
4143
لتطوير تقنيّةٍ جديدةٍ من العضلات
الاصطناعيّة والتي تدعى (هيزل).
الاصطناعيّة والتي تدعى (هيزل).
05:29
HASELs are gentle enough
to pick up a raspberry
to pick up a raspberry
121
317917
3101
تستطيع عضلات (هيزل) أن تلتقط
حبّة توتٍ بعناية
حبّة توتٍ بعناية
05:33
without damaging it.
122
321042
1291
بدونِ أن تسبب ضرراً لها.
05:36
They can expand and contract
like real muscle.
like real muscle.
123
324542
3208
تستطيع هذه العضلاتُ أن تتمدد وتتقلّص،
كما في العضلاتِ الحقيقة.
كما في العضلاتِ الحقيقة.
05:41
And they can be operated
faster than the real thing.
faster than the real thing.
124
329625
2458
كما أنّها تعملُ بشكلٍ أسرعَ
من العضلات الحقيقية.
من العضلات الحقيقية.
05:44
They can also be scaled up
to deliver large forces.
to deliver large forces.
125
332958
2643
يمكنُ أيضاً زيادة سعتها لكي تستطيع
أن تعمل بقوّاتٍ كبيرة.
أن تعمل بقوّاتٍ كبيرة.
05:47
Here you see them lifting
a gallon filled with water.
a gallon filled with water.
126
335625
3351
هنا يمكنكم رأيتها
وهي ترفع جالوناً من الماء.
وهي ترفع جالوناً من الماء.
05:51
They can be used to drive a robotic arm,
127
339000
1934
يمكنُ استعمالها لتحريكِ ذراع الروبوت،
وبمقدورها أن تتحسّس موقعها أيضاً.
05:52
and they can even
self-sense their position.
self-sense their position.
128
340958
2084
05:57
HASELs can be used
for very precise movement,
for very precise movement,
129
345292
2708
يمكنُ استخدام عضلات (هيزل)
للحركات التي تتطلّب الدقّة،
للحركات التي تتطلّب الدقّة،
06:01
but they can also deliver
very fluidic, muscle-like movement
very fluidic, muscle-like movement
130
349292
2851
وحركتها سلسةٌ ومرنة، مثل العضلات الحقيقة،
06:04
and bursts of power
to shoot up a ball into the air.
to shoot up a ball into the air.
131
352167
2875
وتتمتع بالقوة الكافيةِ لقذفِ كرةٍ
في الهواء.
في الهواء.
06:09
When submerged in oil,
132
357375
1583
عندما تُغمرُ هذه العضلاتُ بالزيت،
06:12
HASEL artificial muscles
can be made invisible.
can be made invisible.
133
360667
3541
تستطيع أن تتوارى عن الأنظار وتختفي.
06:19
So how do HASEL artificial muscles work?
134
367875
1917
فكيفَ تعملُ هذه العضلات؟
06:22
You might be surprised.
135
370542
1684
قد يفاجئكم الأمر،
06:24
They're based on very inexpensive,
easily available materials.
easily available materials.
136
372250
3184
ولكنّها تعتمد على موادٍ غير مكلفة
ومتوافرة بشكلٍ دائم.
ومتوافرة بشكلٍ دائم.
06:27
You can even try, and I recommend it,
137
375458
2268
وأنصحُ بتجربة المبدأ الأساسي
لعضلات (هيزل) في المنزل.
لعضلات (هيزل) في المنزل.
06:29
the main principle at home.
138
377750
1333
06:31
Take a few Ziploc bags
and fill them with olive oil.
and fill them with olive oil.
139
379875
2768
يمكنكم البدءُ بملءِ أكياسٍ من البلاستيك
بزيت الزيتون،
بزيت الزيتون،
06:34
Try to push out air bubbles
as much as you can.
as much as you can.
140
382667
2208
وحاولوا إخراج فقاعات الهواء منها
بقدر الاستطاعة
بقدر الاستطاعة
06:37
Now take a glass plate
and place it on one side of the bag.
and place it on one side of the bag.
141
385583
3101
والآن أحضروا صحناً من الزجاج
ثمّ ضعوه على جانب كيس البلاستيك.
ثمّ ضعوه على جانب كيس البلاستيك.
06:40
When you press down,
you see the bag contract.
you see the bag contract.
142
388708
2209
بالضغطِ على الكيس، يمكنُكم رؤية انضغاطه.
06:43
Now the amount of contraction
is easy to control.
is easy to control.
143
391792
2666
إنّ التحكّم بسعةِ التقلّص أمرٌ سهل:
06:47
When you take a small weight,
you get a small contraction.
you get a small contraction.
144
395167
2809
عندما تضعُ وزناً خفيفاً،
يكون التقلّص قليلاً؛
يكون التقلّص قليلاً؛
06:50
With a medium weight,
we get a medium contraction.
we get a medium contraction.
145
398000
3125
عندما تضعُ وزناً متوسّطاً،
يكون التقلّصُ متوسّطاً؛
يكون التقلّصُ متوسّطاً؛
06:54
And with a large weight,
you get a large contraction.
you get a large contraction.
146
402125
2893
وعندما تضعُ وزناً ثقيلاً،
يكونُ التقلّص كبيراً.
يكونُ التقلّص كبيراً.
06:57
Now for HASELs, the only change
is to replace the force of your hand
is to replace the force of your hand
147
405042
3434
الأمرُ في عضلات (هيزل)
يختلف من حيثُ مصدر القوّة،
يختلف من حيثُ مصدر القوّة،
07:00
or the weight with an electrical force.
148
408500
3018
فبدلاً من ضغطِ يدك أو الأوزان،
يتمّ استخدامُ قوّةٍ كهربائية.
يتمّ استخدامُ قوّةٍ كهربائية.
07:03
HASEL stands for "hydraulically amplified
self-healing electrostatic actuators."
self-healing electrostatic actuators."
149
411542
5351
ترمز كلمة (هيزل) إلى:
المحرّكات الكهروستاتية ذاتيّة الإصلاح،
المحرّكات الكهروستاتية ذاتيّة الإصلاح،
والمقوّاة هيدروليكيّاً.
هنا ترونَ رسماً يمثّل محرّكات (بيانو هيزل)
07:08
Here you see a geometry
called Peano-HASEL actuators,
called Peano-HASEL actuators,
150
416917
3184
07:12
one of many possible designs.
151
420125
2292
وهو واحدٌ من التصاميم الممكنة.
07:15
Again, you take a flexible polymer
such as our Ziploc bag,
such as our Ziploc bag,
152
423083
3601
ببساطة، خذ بوليميراً مرناً،
ككيس البلاستيكِ في تجربتنا،
ككيس البلاستيكِ في تجربتنا،
07:18
you fill it with an insulating liquid,
such as olive oil,
such as olive oil,
153
426708
2935
واملأهُ بسائلٍ عازلٍ كزيتِ الزّيتون،
07:21
and now, instead of the glass plate,
154
429667
1767
ولكن بدلاً من الضغطِ بصحنِ الزجاج،
07:23
you place an electrical conductor
on one side of the pouch.
on one side of the pouch.
155
431458
2792
ضع مادّةً ناقلة للكهرباء على جانب الكيس.
07:26
To create something
that looks more like a muscle fiber,
that looks more like a muscle fiber,
156
434958
2643
لإنشاءِ نموذجٍ يشبهُ النّسيجَ العضليّ،
07:29
you can connect a few pouches together
157
437625
1976
يمكنك وصلُ عدّة أكياسٍ مع بعض
07:31
and attached a weight on one side.
158
439625
2143
مع تعليقِ وزنٍ على نهايةِ أحدها.
07:33
Next, we apply voltage.
159
441792
1375
والآن نطبّق توتراً كهربائياً.
07:36
Now, the electric field
starts acting on the liquid.
starts acting on the liquid.
160
444083
3310
يؤثّر الحقلُ الكهربائيّ المولد
على السائل في الكيس،
على السائل في الكيس،
07:39
It displaces the liquid,
161
447417
1684
فيُزيح السائل،
مما يجبرُ نموذجَ العضلة على التقلّص.
مما يجبرُ نموذجَ العضلة على التقلّص.
07:41
and it forces the muscle to contract.
162
449125
2000
07:44
Here you see a completed
Peano-HASEL actuator
Peano-HASEL actuator
163
452708
2476
يمكنكم هنا أن تروا تجربةَ عضلات
(بيانو هيزل) المكتملة
(بيانو هيزل) المكتملة
07:47
and how it expands and contracts
when voltage is applied.
when voltage is applied.
164
455208
3893
وكيف تتقلّصُ وتتمدّدُ العضلات
عند تطبيق التوتر الكهربائي.
عند تطبيق التوتر الكهربائي.
07:51
Viewed from the side,
165
459125
1309
بالنظرِ من الجهة الجانبية،
07:52
you can really see those pouches
take a more cylindrical shape,
take a more cylindrical shape,
166
460458
3226
يمكنُ ملاحظةُ الأشكالِ الأسطوانية للأكياس
07:55
such as we saw with the Ziploc bags.
167
463708
1792
كما شاهدناه في تجربتنا قبل.
07:58
We can also place a few
such muscle fibers next to each other
such muscle fibers next to each other
168
466500
3226
يمكننا أيضاً محاذاةُ عدّة أليافٍ عضليّة،
08:01
to create something that looks
even more like a muscle
even more like a muscle
169
469750
2559
لصنعِ عضلةٍ أشبه بتلك الحقيقية
بحيثُ تتقلص وتتمدّدُ من أيّ منظور.
08:04
that also contracts and expands
in cross section.
in cross section.
170
472333
2435
08:06
These HASELs here are lifting a weight
that's about 200 times heavier
that's about 200 times heavier
171
474792
3351
عضلاتُ (هيزل) ترفعُ أجساماً
أثقل من وزنها بمئتي مرّة.
أثقل من وزنها بمئتي مرّة.
08:10
than their own weight.
172
478167
1291
تشاهدون هنا أحد أحدثِ تصاميمنا والذي يدعى
أنبوبة حلقية رُبعية من عضلات (هيزل)
أنبوبة حلقية رُبعية من عضلات (هيزل)
08:12
Here you see one of our newest designs,
called quadrant donut HASELs
called quadrant donut HASELs
173
480667
3476
08:16
and how they expand and contract.
174
484167
1601
وكيف تتمدّدُ وتتقلص.
08:17
They can be operated incredibly fast,
reaching superhuman speeds.
reaching superhuman speeds.
175
485792
3083
يمكنها أن تعملَ بسرعاتٍ تفوق
سرعة العضلات البشريّة.
سرعة العضلات البشريّة.
08:23
They are even powerful enough
to jump off the ground.
to jump off the ground.
176
491333
2976
كما أنّها قويّةٌ بما يكفي لتقفز على الأرض.
08:26
(Laughter)
177
494333
1334
(ضحك)
08:28
Overall, HASELs show promise
to become the first technology
to become the first technology
178
496917
3517
بالمجمل، ستكون عضلاتُ (هيزل)
الواعدة أوّل تكنولوجيا
الواعدة أوّل تكنولوجيا
08:32
that matches or exceeds the performance
of biological muscle
of biological muscle
179
500458
3518
تطابق أداءَ العضلاتِ البيولوجيّة...
أو حتى تكون أفضل منها...
أو حتى تكون أفضل منها...
08:36
while being compatible
with large-scale manufacturing.
with large-scale manufacturing.
180
504000
3143
وتتماشى مع التّصنيع على النطاقِ الأوسع.
08:39
This is also a very young technology.
We are just getting started.
We are just getting started.
181
507167
3142
ما زالت هذه التكنولوجيا في مرحلةِ التطوير،
فقد بدأنا للتوّ،
فقد بدأنا للتوّ،
وببالنا أفكارٌ كثيرة لتحسين أداءها جذريّاً
08:42
We have many ideas how to
drastically improve performance,
drastically improve performance,
182
510333
2768
08:45
using new materials and new designs
to reach a level of performance
to reach a level of performance
183
513125
3851
باستعمال موادٍ وتصاميم جديدة
للوصول إلى كفاءةٍ في الأداء
للوصول إلى كفاءةٍ في الأداء
08:49
beyond biological muscle and also beyond
traditional rigid electric motors.
traditional rigid electric motors.
184
517000
4332
تتجاوز كفاءة العضلات البيولوجية
وأيضاً المحرّكات الكهربائيّة التقليدية.
وأيضاً المحرّكات الكهربائيّة التقليدية.
بالانتقال إلى التصاميم الأكثر تعقيداً
لعضلات (هيزل) في الروبوتات الحيوية،
لعضلات (هيزل) في الروبوتات الحيوية،
08:54
Moving towards more complex designs
of HASEL for bio-inspired robotics,
of HASEL for bio-inspired robotics,
185
522250
3393
08:57
here you see our artificial scorpion
186
525667
1767
هنا يمكنكم مشاهدة عقربٍ اصطناعي
08:59
that can use its tail to hunt prey,
187
527458
1726
يستطيعُ استعمال ذيله لصيد الفريسة...
09:01
in this case, a rubber balloon.
188
529208
1518
وهي بالونٌ هنا.
09:02
(Laughter)
189
530750
1643
(ضحك)
09:04
Going back to our initial inspiration,
190
532417
2101
بالعودة إلى إلهامنا الأوّلي،
09:06
the versatility of octopus arms
and elephant trunks,
and elephant trunks,
191
534542
2809
أذرع الأخطبوط المتكيّفة لمختلف المهام
وأيضاً خراطيم الفيلة،
وأيضاً خراطيم الفيلة،
09:09
we are now able to build
soft continuum actuators
soft continuum actuators
192
537375
2768
استطعنا بناءَ محرّكاتٍ مرنة
تتميّز بأداءٍ سلس،
تتميّز بأداءٍ سلس،
09:12
that come closer and closer
to the capabilities of the real thing.
to the capabilities of the real thing.
193
540167
3125
وهي تقترب بقدراتها من تلك خاصّة
العضلات الحقيقية.
العضلات الحقيقية.
09:17
I am most excited
about the practical applications
about the practical applications
194
545833
2893
أنا متحمّسٌ جدّاً للتطبيقات العمليّة
09:20
of HASEL artificial muscles.
195
548750
1809
لعضلات (هيزل) الاصطناعيّة.
09:22
They'll enable soft robotic devices
196
550583
2393
إنّها بدايةٌ لإنشاء أجهزةٍ روبوتّية ليّنة
09:25
that can improve the quality of life.
197
553000
2351
تستطيعُ تحسينَ مستوى المعيشة.
09:27
Soft robotics will enable a new generation
of more lifelike prosthetics
of more lifelike prosthetics
198
555375
3809
هذه الأجهزة ستقوّي جيلاً جديداً
من الأطراف الصناعيّة والشبيهة بالحقيقية
من الأطراف الصناعيّة والشبيهة بالحقيقية
09:31
for people who have lost
parts of their bodies.
parts of their bodies.
199
559208
2226
للناس الذين فقدوا أطرافاً من جسمهم.
09:33
Here you see some HASELs in my lab,
200
561458
1810
هنا ترون عضلاتِ (هيزل) في مختبري
09:35
early testing,
driving a prosthetic finger.
driving a prosthetic finger.
201
563292
2583
في التجارب الأوليّة لتحريك إصبعٍ اصطناعي.
09:39
One day, we may even merge
our bodies with robotic parts.
our bodies with robotic parts.
202
567542
3875
ربما سنتمكن يوماً ما من دمجِ
الأطرافِ الروبوتيّة مع أطراف أجسادنا.
الأطرافِ الروبوتيّة مع أطراف أجسادنا.
09:45
I know that sounds very scary at first.
203
573125
2125
أعلمُ أنّ هذا يبدو مخيفاً للوهلة الأولى
09:48
But when I think about my grandparents
204
576917
1851
لكنني عندما أفكّر بجدّي وجدتي،
09:50
and the way they become
more dependent on others
more dependent on others
205
578792
2934
وكيف يصبحان أكثرَ اعتماداً على الآخرين
09:53
to perform simple everyday tasks
such as using the restroom alone,
such as using the restroom alone,
206
581750
4101
للقيام بالمهام البسيطةِ خلال يومنا،
كاستعمال المرحاض بأنفسهما،
كاستعمال المرحاض بأنفسهما،
09:57
they often feel like
they're becoming a burden.
they're becoming a burden.
207
585875
2208
فهما يشعران في الغالب
بأنّهما ثقلٌ على الآخرين.
بأنّهما ثقلٌ على الآخرين.
10:00
With soft robotics, we will be able
to enhance and restore
to enhance and restore
208
588958
3268
من خلال أجهزةِ الروبوت اللينة،
سنستطيع تقوية واسترجاع
سنستطيع تقوية واسترجاع
10:04
agility and dexterity,
209
592250
1601
الرّشاقة والمهارة
10:05
and thereby help older people
maintain autonomy
maintain autonomy
210
593875
2893
وبالتالي مساعدة الناس المسنّين
على القيام بأعمالهم بنفسهم
على القيام بأعمالهم بنفسهم
10:08
for longer parts of their lives.
211
596792
2267
لفتراتٍ أطول في حياتهم.
10:11
Maybe we can call that
"robotics for antiaging"
"robotics for antiaging"
212
599083
2500
ربما يمكننا تسمية هذه التقنية
"الروبوتات ضدّ الشيخوخة"
"الروبوتات ضدّ الشيخوخة"
(ضحك)
أو حتى الخطوةَ المقبلة
من مسيرة تطوّر الإنسان.
من مسيرة تطوّر الإنسان.
10:15
or even a next stage of human evolution.
213
603000
2458
10:19
Unlike their traditional
rigid counterparts,
rigid counterparts,
214
607083
2851
على عكس الروبوتاتِ الثقيلة التقليدية،
10:21
soft life-like robots will safely operate
near people and help us at home.
near people and help us at home.
215
609958
4875
تستطيع الروبوتاتُ اللينة، الشبيهة بالبشر،
أن تعمل بأمانٍ بقرب الناس
أن تعمل بأمانٍ بقرب الناس
وأن تساعدنا في المنزل.
10:27
Soft robotics is a very young field.
We're just getting started.
We're just getting started.
216
615667
3392
ما زالَ هذا المجالُ في بدايته،
10:31
I hope that many young people
from many different backgrounds
from many different backgrounds
217
619083
3101
وأتمنّى أن ينضمّ إلينا
الشبابُ من مختلفِ الخلفيّات
الشبابُ من مختلفِ الخلفيّات
10:34
join us on this exciting journey
218
622208
1851
في هذه الرّحلةِ الحماسيّة،
10:36
and help shape the future of robotics
219
624083
2143
وأن يساعدونا في خلق مستقبلٍ
لهذا المجال الواعد
لهذا المجال الواعد
10:38
by introducing new concepts
inspired by nature.
inspired by nature.
220
626250
2583
بتقديم مفاهيمَ جديدة مستوحاةٍ من الطبيعة.
10:42
If we do this right,
221
630708
1601
إذا عملنا بشكلٍ صحيح،
10:44
we can improve the quality of life
222
632333
1768
يمكننا تحسينُ مستوى الحياة
10:46
for all of us.
223
634125
1309
للبشريّة بأكملها.
شكراً لكم.
10:47
Thank you.
224
635458
1268
(تصفيق)
10:48
(Applause)
225
636750
4167
ABOUT THE SPEAKER
Christoph Keplinger - Roboticist, mechanical engineerChristoph Keplinger aims to fundamentally challenge current limitations of robotic hardware, combining soft matter physics and chemistry with advanced engineering technologies to create a new generation of lifelike robots.
Why you should listen
Robots today rely on rigid components and electric motors that use metal and magnets, making them heavy, unsafe near humans, expensive and ill-suited for unpredictable environments. Nature, in contrast, makes extensive use of soft materials such as muscles and skin and has produced organisms that drastically outperform robots in terms of agility, dexterity and adaptability. Christoph Keplinger aims to fundamentally challenge current limitations of robotic hardware, using an interdisciplinary approach that synergizes concepts from soft matter physics and chemistry with advanced engineering technologies to introduce intelligent materials systems for a new generation of life-like robots.
A major theme of Keplinger's research is the development of new classes of actuators -- a key component of all robotic systems -- that replicate the sweeping success of biological muscle, a masterpiece of evolution. He is the principal inventor of HASEL artificial muscles, a new class of high-performance muscle-mimetic actuators for use in next-generation robots that replicate the vast capabilities of biological systems. In 2018 he cofounded Artimus Robotics to commercialize the technology.
Originally from Austria, Keplinger studied physics at the Johannes Kepler University Linz before moving to the US to research mechanics and chemistry at Harvard. He is an assistant professor of mechanical engineering and a fellow of the Materials Science and Engineering Program at the University of Colorado Boulder, where he leads a highly interdisciplinary research group that works on soft robotics, energy harvesting and functional polymers. His work has been published in Science Magazine, among others, and highlighted in popular outlets such as National Geographic. Keplinger he has received prestigious awards including a 2017 Packard Fellowship for Science and Engineering.
Christoph Keplinger | Speaker | TED.com