TEDxMileHigh
Christoph Keplinger: The artificial muscles that will power robots of the future
کریستوف کپلینگر: ماهیچه‌های مصنوعی که به ربات‌های آینده نیرو می‌بخشند
Filmed:
Readability: 5.1
452,936 views
مغزهای ربات‌ها هوشمندتر و هوشمندتر می‌شوند، اما بدن‌های آنها اغلب همچنان سنگین و ناکارآمد هستند. مهندس مکانیک، کریستوف کپلینگر، در حال طراحی نسل جدیدی از ربات‌های نرم و چابک است که از یک شاهکار تکامل الهام گرفته‌اند: ماهیچه‌ی زیستی. این "ماهیچه‌های مصنوعی" را ببینید که مانند ماهیچه‌های واقعی منبسط و منقبض می‌شوند و به سرعت‌های انسانی می‌رسند -- و بیاموزید چگونه آنها می‌توانند نیروبخش اعضای مصنوعی قوی‌تر و کارآمدتر از اندام‌های انسانی باشند.
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
در سال ۲۰۱۵، ۲۵ تیم از سرتاسر جهان
00:17
competed to build robots
for disaster response
for disaster response
1
5042
2726
برای ساختن ربات‌هایی برای مواجهه
با بلایای طبیعی با هم رقابت کردند
با بلایای طبیعی با هم رقابت کردند
00:19
that could perform a number of tasks,
2
7792
1851
که قادر به انجام
شماری وظایف بودند،
شماری وظایف بودند،
00:21
such as using a power tool,
3
9667
1642
مانند استفاده از ابزارهای برقی،
00:23
working on uneven terrain
4
11333
1685
کار بر روی سطوح ناهموار
00:25
and driving a car.
5
13042
1250
و راندن خودرو.
00:27
That all sounds impressive, and it is,
6
15292
2041
همه این‌ها قابل توجه
به نظر می‌رسند و هستند،
به نظر می‌رسند و هستند،
00:30
but look at the body
of the winning robot, HUBO.
of the winning robot, HUBO.
7
18458
2792
اما به بدنه‌ی ربات برنده، هوبو نگاه کنید.
00:34
Here, HUBO is trying to get out of a car,
8
22208
2310
اینجا هوبو تلاش می‌کند
از یک خودرو پیاده شود،
از یک خودرو پیاده شود،
00:36
and keep in mind,
9
24542
1726
و به یاد داشته باشید،
00:38
the video is sped up three times.
10
26292
1767
سرعت این ویدئو سه برابر شده است.
00:40
(Laughter)
11
28083
3625
(خنده)
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
هوبو از تیم کایست از کُره، یک ربات پیشرفته
00:47
with impressive capabilities,
13
35750
1768
با توانمندی‌های قابل توجه است،
00:49
but this body doesn't look
all that different
all that different
14
37542
2142
ولی این ربات چندان متفاوت
00:51
from robots we've seen a few decades ago.
15
39708
1953
از ربات‌های چند دهه پیش به نظر نمی‌رسد.
00:54
If you look at the other robots
in the competition,
in the competition,
16
42625
2417
اگر به سایر ربات‌های
حاضر در مسابقه نگاه کنید،
حاضر در مسابقه نگاه کنید،
00:58
their movements also still look,
well, very robotic.
well, very robotic.
17
46000
3101
حرکات آنها نیز بسیار
رباتیک به نظر می‌رسد.
رباتیک به نظر می‌رسد.
01:01
Their bodies are complex
mechanical structures
mechanical structures
18
49125
2226
بدنه‌ی آنها، سازه‌های مکانیکی پیچیده
01:03
using rigid materials
19
51375
1601
ساخته‌شده از مواد سخت
01:05
such as metal and traditional
rigid electric motors.
rigid electric motors.
20
53000
3601
مانند فلز و موتورهای الکترونیکی
سخت مرسوم هستند.
سخت مرسوم هستند.
01:08
They certainly weren't designed
21
56625
1601
آنها قطعا طراحی نشده‌اند
01:10
to be low-cost, safe near people
22
58250
3059
که کم‌هزینه، بی‌خطر
01:13
and adaptable to unpredictable challenges.
23
61333
2851
و قابل انطباق با چالش‌های
پیش‌بینی نشده باشند.
پیش‌بینی نشده باشند.
01:16
We've made good progress
with the brains of robots,
with the brains of robots,
24
64208
2768
ما پیشرفت‌هایی خوبی در رابطه
با مغزهای ربات‌ها داشته‌ایم،
با مغزهای ربات‌ها داشته‌ایم،
01:19
but their bodies are still primitive.
25
67000
1792
اما بدنه‌های آنها
همچنان اولیه هستند.
همچنان اولیه هستند.
01:22
This is my daughter Nadia.
26
70625
2018
این نادیا دختر من است.
01:24
She's only five years old
27
72667
1726
او تنها پنج سال دارد
01:26
and she can get out of the car
way faster than HUBO.
way faster than HUBO.
28
74417
2476
و می‌تواند بسیار سریعتر
از هوبو از خودرو پیاده شود.
از هوبو از خودرو پیاده شود.
01:28
(Laughter)
29
76917
1767
(خنده)
01:30
She can also swing around
on monkey bars with ease,
on monkey bars with ease,
30
78708
2393
او همچنین می‌تواند به راحتی
از این میله‌ها آویزان شود،
از این میله‌ها آویزان شود،
01:33
much better than any current
human-like robot could do.
human-like robot could do.
31
81125
3143
بسیار بهتر از تمام
ربات‌های انسان‌نمای موجود.
ربات‌های انسان‌نمای موجود.
01:36
In contrast to HUBO,
32
84292
1351
بر خلاف هوبو،
01:37
the human body makes extensive use
of soft and deformable materials
of soft and deformable materials
33
85667
3726
بدن انسان به میزان زیادی
از مواد نرم و تغییرپذیر
از مواد نرم و تغییرپذیر
01:41
such as muscle and skin.
34
89417
1934
مانند ماهیچه و پوست استفاده می‌کند.
01:43
We need a new generation of robot bodies
35
91375
2351
ما به نسل جدیدی از
بدنه‌های ربات‌ها نیاز داریم
بدنه‌های ربات‌ها نیاز داریم
01:45
that is inspired by the elegance,
efficiency and by the soft materials
efficiency and by the soft materials
36
93750
4101
که از ظرافت، کارایی و
مواد نرمی الهام گرفته است
مواد نرمی الهام گرفته است
01:49
of the designs found in nature.
37
97875
1542
که در طرح‌های طبیعی یافت می‌شوند.
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
و البته، این به ایده‌ی کلیدی
حوزه‌ی جدیدی از تحقیقات تبدیل شد
حوزه‌ی جدیدی از تحقیقات تبدیل شد
01:56
called soft robotics.
39
104542
1934
که رباتیک نرم نامیده می‌شود.
01:58
My research group
and collaborators around the world
and collaborators around the world
40
106500
2893
گروه تحقیقاتی من و همکارانی از سراسر جهان
02:01
are using soft components
inspired by muscle and skin
inspired by muscle and skin
41
109417
3642
در حال استفاده از قطعات نرمی هستند
که از ماهیچه و پوست الهام گرفته‌اند
که از ماهیچه و پوست الهام گرفته‌اند
02:05
to build robots with agility and dexterity
42
113083
2810
تا ربات‌هایی با چابکی و مهارت بسازند
02:07
that comes closer and closer
43
115917
1642
که نزدیک و نزدیک‌تر می‌شود
02:09
to the astonishing capabilities
of the organisms found in nature.
of the organisms found in nature.
44
117583
3292
به توانمندی‌های شگفت‌آور اندام‌هایی
که در طبیعت یافت می‌شوند.
که در طبیعت یافت می‌شوند.
02:14
I've always been particularly inspired
by biological muscle.
by biological muscle.
45
122458
3685
ماهیچه‌های زیستی به طور خاص
همیشه الهام‌بخش من بوده‌اند.
همیشه الهام‌بخش من بوده‌اند.
02:18
Now, that's not surprising.
46
126167
2142
خب، غافلگیرکننده نیست.
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
همچنین اتریشی‌ام و می‌دانم صدایم کمی
شبیه آرنولد، در ترمیناتور است.
شبیه آرنولد، در ترمیناتور است.
02:23
(Laughter)
48
131958
3018
(خنده)
02:27
Biological muscle
is a true masterpiece of evolution.
is a true masterpiece of evolution.
49
135000
2976
ماهیچه زیستی، یک شاهکار واقعی تکامل است.
02:30
It can heal after damage
50
138000
1559
می‌تواند پس از آسیب، ترمیم شود
02:31
and it's tightly integrated
with sensory neurons
with sensory neurons
51
139583
2435
و به شدت با نورون‌های حسی یکپارچه شده است
02:34
for feedback on motion
and the environment.
and the environment.
52
142042
2125
تا در حرکت از محیط بازخورد بگیرد.
02:37
It can contract fast enough
to power the high-speed wings
to power the high-speed wings
53
145083
2893
می‌تواند با سرعت کافی منقبض
شود تا به بال‌های پرسرعت
شود تا به بال‌های پرسرعت
02:40
of a hummingbird;
54
148000
1268
مرغ مگس‌خوار نیرو دهد؛
02:41
it can grow strong enough
to move an elephant;
to move an elephant;
55
149292
2684
می‌تواند به اندازه کافی قوی شود
تا یک فیل را حرکت دهد؛
تا یک فیل را حرکت دهد؛
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
و به قدر کافی انطباق‌پذیر است
که در بازوهای چندکاره
که در بازوهای چندکاره
02:47
of an octopus,
57
155583
1310
اختاپوس استفاده شود،
02:48
an animal that can squeeze
its entire body through tiny holes.
its entire body through tiny holes.
58
156917
3333
حیوانی که می‌تواند تمام بدنش را فشرده کند
و از سوراخ‌های کوچک رد شود.
و از سوراخ‌های کوچک رد شود.
02:53
Actuators are for robots
what muscles are for animals:
what muscles are for animals:
59
161250
3893
عملگرهای ربات‌ها، همان
ماهیچه‌های حیوانات هستند:
ماهیچه‌های حیوانات هستند:
02:57
key components of the body
60
165167
1851
اجزای کلیدی بدن
02:59
that enable movement
and interaction with the world.
and interaction with the world.
61
167042
2541
که حرکت و تعامل با
جهان را امکان‌پذیر می‌کنند.
جهان را امکان‌پذیر می‌کنند.
03:02
So if we could build soft actuators,
62
170667
2476
پس اگر بتوانیم عملگرهای نرم بسازیم،
03:05
or artificial muscles,
63
173167
1434
یا ماهیچه‌های مصنوعی،
03:06
that are as versatile, adaptable
64
174625
1601
که چندکاره، انطباق‌پذیر
03:08
and could have the same performance
as the real thing,
as the real thing,
65
176250
2559
و دارای عملکرد مشابه
با نمونه‌های واقعی باشند،
با نمونه‌های واقعی باشند،
03:10
we could build almost any type of robot
66
178833
1935
می‌توانیم تقریباً هر نوع رباتی
03:12
for almost any type of use.
67
180792
1375
برای تقریباً هر استفاده‌ای بسازیم.
03:15
Not surprisingly,
people have tried for many decades
people have tried for many decades
68
183167
3184
تعجب‌آور نیست که چند دهه تلاش شده
03:18
to replicate the astonishing
capabilities of muscle,
capabilities of muscle,
69
186375
2893
که توانمندی‌های شگفت‌آور ماهیچه تکرار شود،
03:21
but it's been really hard.
70
189292
1333
اما این کار بسیار سخت بوده است.
03:24
About 10 years ago,
71
192583
1476
حدود ۱۰ سال پیش،
03:26
when I did my PhD back in Austria,
72
194083
2726
وقتی در اتریش دکتری خواندم،
03:28
my colleagues and I rediscovered
73
196833
2101
من و همکارانم چیزی را پیدا کردیم
03:30
what is likely one of the very first
publications on artificial muscle,
publications on artificial muscle,
74
198958
4143
که احتمالاً یکی از نخستین مقالات
در مورد ماهیچه مصنوعی بود
در مورد ماهیچه مصنوعی بود
03:35
published in 1880.
75
203125
1851
که در سال ۱۸۸۰ چاپ شده بود.
03:37
"On the shape and volume changes
of dielectric bodies
of dielectric bodies
76
205000
3143
《در مورد شکل و میزان تغییرات
بدنه‌های دی‌الکتریک
بدنه‌های دی‌الکتریک
03:40
caused by electricity,"
77
208167
1517
ناشی از الکتریسیته》》
03:41
published by German physicist
Wilhelm Röntgen.
Wilhelm Röntgen.
78
209708
3101
انتشار یافته توسط فیزیکدان آلمانی
ویلهم رانتگن.
ویلهم رانتگن.
03:44
Most of you know him
as the discoverer of the X-ray.
as the discoverer of the X-ray.
79
212833
3042
بیشتر شما او را به عنوان
کاشف اشعه ایکس می‌شناسید.
کاشف اشعه ایکس می‌شناسید.
03:49
Following his instructions,
we used a pair of needles.
we used a pair of needles.
80
217292
2559
با پیروی از دستورالعمل‌های او،
ما از یک جفت سوزن استفاده کردیم.
ما از یک جفت سوزن استفاده کردیم.
03:51
We connected it to a high-voltage source,
81
219875
1954
آن را به منبع ولتاژ بالا متصل کردیم،
03:53
and we placed it near
a transparent piece of rubber
a transparent piece of rubber
82
221833
2476
و کنار قطعه‌ی شفاف لاستیکی قرار دادیم
03:56
that was prestretched
onto a plastic frame.
onto a plastic frame.
83
224313
2084
که روی قابی پلاستیکی کشیده شده بود.
03:59
When we switched on the voltage,
84
227333
1685
وقتی ولتاژ را برقرار کردیم،
04:01
the rubber deformed,
85
229042
1309
لاستیک تغییر شکل یافت،
04:02
and just like our biceps flexes our arm,
86
230375
3184
و درست مانند ماهیچه‌های دوسر
که بازوهایمان را خم می‌کنند،
که بازوهایمان را خم می‌کنند،
04:05
the rubber flexed the plastic frame.
87
233583
2643
لاستیک قاب پلاستیکی را خم کرد.
04:08
It looks like magic.
88
236250
1309
شبیه به جادو است.
04:09
The needles don't even touch the rubber.
89
237583
2351
سوزن‌ها حتی لاستیک را لمس نمی‌کنند.
04:11
Now, having two such needles
is not a practical way
is not a practical way
90
239958
2518
حالا، استفاده از دو سوزن، یک راه عملی
04:14
of operating artificial muscles,
91
242500
2143
برای کار با ماهیچه‌های مصنوعی نیست،
04:16
but this amazing experiment
got me hooked on the topic.
got me hooked on the topic.
92
244667
3142
اما این آزمایش شگفت‌انگیز من
را به این موضوع علاقه‌مند کرد.
را به این موضوع علاقه‌مند کرد.
04:19
I wanted to create new ways
to build artificial muscles
to build artificial muscles
93
247833
3018
من می‌خواستم راه‌های جدیدی برای
ساخت ماهیچه‌های مصنوعی خلق کنم
ساخت ماهیچه‌های مصنوعی خلق کنم
04:22
that would work well
for real-world applications.
for real-world applications.
94
250875
2809
که برای کاربردهای واقعی، خوب کار کنند.
04:25
For the next years, I worked
on a number of different technologies
on a number of different technologies
95
253708
3726
در سال‌های بعد، من بر روی
فناوری‌های متفاوتی کار کردم
فناوری‌های متفاوتی کار کردم
04:29
that all showed promise,
96
257458
1309
که همگی نویدبخش بودند
04:30
but they all had remaining challenges
that are hard to overcome.
that are hard to overcome.
97
258791
3042
اما همچنان چالش‌هایی داشتند
که غلبه بر آنها دشوار بود.
که غلبه بر آنها دشوار بود.
04:34
In 2015,
98
262833
1601
در سال ۲۰۱۵،
04:36
when I started my own lab at CU Boulder,
99
264458
2393
وقتی آزمایشگاه خودم را در
دانشگاه کلرادو بولدر تأسیس کردم،
دانشگاه کلرادو بولدر تأسیس کردم،
04:38
I wanted to try an entirely new idea.
100
266875
2226
می‌خواستم یک ایده‌ی
کاملاً جدید را امتحان کنم.
کاملاً جدید را امتحان کنم.
04:41
I wanted to combine
the high speed and efficiency
the high speed and efficiency
101
269125
2893
می‌خواستم سرعت بالا و کارایی
04:44
of electrically driven actuators
102
272042
1976
عملگرهای الکتریکی را
04:46
with the versatility
of soft, fluidic actuators.
of soft, fluidic actuators.
103
274042
2750
با تطبیق‌پذیری عملگرهای
نرم و سیال ترکیب کنم.
نرم و سیال ترکیب کنم.
04:49
Therefore, I thought,
104
277458
1310
بنابراین، فکر کردم
04:50
maybe I can try using
really old science in a new way.
really old science in a new way.
105
278792
3351
شاید بتوانم از علم خیلی قدیمی
در یک راه جدید استفاده کنم.
در یک راه جدید استفاده کنم.
04:54
The diagram you see here
106
282167
1767
شکلی که می‌بینید
04:55
shows an effect called Maxwell stress.
107
283958
2560
اثری را نشان می‌دهد
که تنش ماکسول نام دارد.
که تنش ماکسول نام دارد.
04:58
When you take two metal plates
108
286542
1476
وقتی دو صفحه‌ی فلزی را
05:00
and place them in a container
filled with oil,
filled with oil,
109
288042
2184
در یک مخزن روغن قرار می‌دهید،
05:02
and then switch on a voltage,
110
290250
1643
و سپس ولتاژ را برقرار می‌کنید،
05:03
the Maxwell stress forces the oil
up in between the two plates,
up in between the two plates,
111
291917
3934
تنش ماکسول، روغن را
به سمت بالای بین دو صفحه می‌راند،
به سمت بالای بین دو صفحه می‌راند،
05:07
and that's what you see here.
112
295875
1476
و این چیزی است که می‌بینید.
05:09
So the key idea was,
113
297375
1351
پس ایده‌ی اصلی این بود که
05:10
can we use this effect to push around oil
114
298750
2934
آیا می‌توانیم از این اثر
برای فشار دادن روغنِ
برای فشار دادن روغنِ
05:13
contained in soft stretchy structures?
115
301708
2810
موجود در سازه‌های کشش نرم استفاده کنیم؟
05:16
And indeed, this worked surprisingly well,
116
304542
2351
و البته، به طرز شگفت‌آوری خوب عمل کرد،
05:18
quite honestly,
much better than I expected.
much better than I expected.
117
306917
2684
صادقانه بگویم، بسیار
بهتر از آنچه انتظار داشتم.
بهتر از آنچه انتظار داشتم.
05:21
Together with my
outstanding team of students,
outstanding team of students,
118
309625
2184
به همراه گروه عالی دانشجویانم،
05:23
we used this idea as a starting point
119
311833
1893
از این ایده به عنوان نقطه
شروع استفاده کردیم
شروع استفاده کردیم
05:25
to develop a new technology
called HASEL artificial muscles.
called HASEL artificial muscles.
120
313750
4143
تا فناوری جدیدی به نام ماهیچه‌های
مصنوعی هِیزِل توسعه دهیم.
مصنوعی هِیزِل توسعه دهیم.
05:29
HASELs are gentle enough
to pick up a raspberry
to pick up a raspberry
121
317917
3101
هیزل‌ها به اندازه کافی ظریف
هستند که یک تمشک را بردارند
هستند که یک تمشک را بردارند
05:33
without damaging it.
122
321042
1291
بدون این که به آن آسیب برسانند.
05:36
They can expand and contract
like real muscle.
like real muscle.
123
324542
3208
می‌توانند مانند ماهیچه‌ی واقعی،
منبسط و منقبض شوند.
منبسط و منقبض شوند.
05:41
And they can be operated
faster than the real thing.
faster than the real thing.
124
329625
2458
و می‌توانند بسیار سریعتر
از نمونه‌ی واقعی عمل کنند.
از نمونه‌ی واقعی عمل کنند.
05:44
They can also be scaled up
to deliver large forces.
to deliver large forces.
125
332958
2643
همچنین می‌توانند بزرگ شوند
تا نیروهای بزرگی را انتقال دهند.
تا نیروهای بزرگی را انتقال دهند.
05:47
Here you see them lifting
a gallon filled with water.
a gallon filled with water.
126
335625
3351
اینجا آنها را می‌بینید که یک
بشکه پر از آب را بلند می‌کنند.
بشکه پر از آب را بلند می‌کنند.
05:51
They can be used to drive a robotic arm,
127
339000
1934
همچنین می‌توانند برای حرکت دادن
یک بازوی رباتیک استفاده شوند،
یک بازوی رباتیک استفاده شوند،
05:52
and they can even
self-sense their position.
self-sense their position.
128
340958
2084
حتی می‌توانند موقعیت خودشان را حس کنند.
05:57
HASELs can be used
for very precise movement,
for very precise movement,
129
345292
2708
هیزل‌ها می‌توانند برای حرکات
بسیار دقیق استفاده شوند،
بسیار دقیق استفاده شوند،
06:01
but they can also deliver
very fluidic, muscle-like movement
very fluidic, muscle-like movement
130
349292
2851
اما توانایی انتقال حرکات
سیال و ماهیچه مانند
سیال و ماهیچه مانند
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
و انفجار قدرت برای شوت کردن
یک توپ به هوا را نیز دارند.
یک توپ به هوا را نیز دارند.
06:09
When submerged in oil,
132
357375
1583
با غرق شدن در روغن،
06:12
HASEL artificial muscles
can be made invisible.
can be made invisible.
133
360667
3541
ماهیچه‌های مصنوعی
هیزل می‌توانند نامرئی شوند.
هیزل می‌توانند نامرئی شوند.
06:19
So how do HASEL artificial muscles work?
134
367875
1917
پس ماهیچه‌های مصنوعی
هیزل چگونه کار می‌کنند؟
هیزل چگونه کار می‌کنند؟
06:22
You might be surprised.
135
370542
1684
شاید غافلگیر شوید.
06:24
They're based on very inexpensive,
easily available materials.
easily available materials.
136
372250
3184
آنها از مواد ارزان و
در دسترس ساخته می‌شوند.
در دسترس ساخته می‌شوند.
06:27
You can even try, and I recommend it,
137
375458
2268
می‌توانید امتحان کنید و پیشنهاد می‌کنم
06:29
the main principle at home.
138
377750
1333
اصل اولیه را در خانه امتحان کنید.
06:31
Take a few Ziploc bags
and fill them with olive oil.
and fill them with olive oil.
139
379875
2768
چند پاکت زیپ‌دار را با روغن زیتون پر کنید.
06:34
Try to push out air bubbles
as much as you can.
as much as you can.
140
382667
2208
سعی کنید هر چقدر می‌توانید
حباب‌های هوا را خارج کنید.
حباب‌های هوا را خارج کنید.
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
حالا یک بشقاب شیشه‌ای را
بر روی یک سطح پاکت قرار دارید.
بر روی یک سطح پاکت قرار دارید.
06:40
When you press down,
you see the bag contract.
you see the bag contract.
142
388708
2209
وقتی که آن را فشار می‌دهید،
پاکت منقبض می‌شود.
پاکت منقبض می‌شود.
06:43
Now the amount of contraction
is easy to control.
is easy to control.
143
391792
2666
حالا مقدار انقباض، قابل کنترل است.
06:47
When you take a small weight,
you get a small contraction.
you get a small contraction.
144
395167
2809
وقتی وزن کمی وارد می‌کنید،
کمی منقبض می‌شود.
کمی منقبض می‌شود.
06:50
With a medium weight,
we get a medium contraction.
we get a medium contraction.
145
398000
3125
با وزن متوسط، انقباض متوسط داریم.
06:54
And with a large weight,
you get a large contraction.
you get a large contraction.
146
402125
2893
و با وزن زیاد، انقباض زیاد داریم.
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
حالا برای هیزل‌ها، تنها تفاوت این
است که نیروی دست شما
است که نیروی دست شما
07:00
or the weight with an electrical force.
148
408500
3018
یا وزن، با یک نیروی
الکتریکی جایگزین می‌شود.
الکتریکی جایگزین می‌شود.
07:03
HASEL stands for "hydraulically amplified
self-healing electrostatic actuators."
self-healing electrostatic actuators."
149
411542
5351
هیزل مخففِ "عملگرهای الکترواستاتیک
خودترمیم‌شونده تقویت‌شده هیدرولیکی" است.
خودترمیم‌شونده تقویت‌شده هیدرولیکی" است.
07:08
Here you see a geometry
called Peano-HASEL actuators,
called Peano-HASEL actuators,
150
416917
3184
اینجا یک طرح هندسی را
به نام عملگرهای پئانو-هیزل می‌بینید،
به نام عملگرهای پئانو-هیزل می‌بینید،
07:12
one of many possible designs.
151
420125
2292
یکی از چندین طرح ممکن.
07:15
Again, you take a flexible polymer
such as our Ziploc bag,
such as our Ziploc bag,
152
423083
3601
دوباره، یک پلیمر انعطاف‌پذیر
مانند پاکت زیپ‌دار برمی‌دارید،
مانند پاکت زیپ‌دار برمی‌دارید،
07:18
you fill it with an insulating liquid,
such as olive oil,
such as olive oil,
153
426708
2935
آن را با یک مایع عایق
مانند روغن زیتون پر می‌کنید،
مانند روغن زیتون پر می‌کنید،
07:21
and now, instead of the glass plate,
154
429667
1767
و حالا، به جای بشقاب شیشه‌ای،
07:23
you place an electrical conductor
on one side of the pouch.
on one side of the pouch.
155
431458
2792
یک هادی الکتریسیته را روی
یک طرف کیسه قرار می‌دهید.
یک طرف کیسه قرار می‌دهید.
07:26
To create something
that looks more like a muscle fiber,
that looks more like a muscle fiber,
156
434958
2643
برای ساختن چیزی که بیشتر
شبیه به بافت ماهیچه به نظر برسد،
شبیه به بافت ماهیچه به نظر برسد،
07:29
you can connect a few pouches together
157
437625
1976
می‌توانید چند کیسه را به هم متصل کنید
07:31
and attached a weight on one side.
158
439625
2143
و وزنه‌ای را به یک طرف متصل کنید.
07:33
Next, we apply voltage.
159
441792
1375
بعد، ولتاژ را اعمال می‌کنیم.
07:36
Now, the electric field
starts acting on the liquid.
starts acting on the liquid.
160
444083
3310
حالا یک میدان الکتریکی
روی مایع عمل می‌کند.
روی مایع عمل می‌کند.
07:39
It displaces the liquid,
161
447417
1684
مایع را جابجا می‌کند،
07:41
and it forces the muscle to contract.
162
449125
2000
و به ماهیچه نیرو می‌دهد تا منقبض شود.
07:44
Here you see a completed
Peano-HASEL actuator
Peano-HASEL actuator
163
452708
2476
اینجا یک عملگر پئانو-هیزل
تکمیل‌شده را می‌بینید
تکمیل‌شده را می‌بینید
07:47
and how it expands and contracts
when voltage is applied.
when voltage is applied.
164
455208
3893
و این که چگونه با اعمال ولتاژ،
منبسط و منقبض می‌شود.
منبسط و منقبض می‌شود.
07:51
Viewed from the side,
165
459125
1309
اگر از یک طرف به آن نگاه کنید،
07:52
you can really see those pouches
take a more cylindrical shape,
take a more cylindrical shape,
166
460458
3226
می‌توانید ببینید که آن کیسه‌ها
شکل استوانه‌ای به خود گرفته‌اند،
شکل استوانه‌ای به خود گرفته‌اند،
07:55
such as we saw with the Ziploc bags.
167
463708
1792
همان چیزی که با
پاکت‌های زیپ‌دار دیده بودیم.
پاکت‌های زیپ‌دار دیده بودیم.
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
همچنین می‌توانیم بافت‌های ماهیچه‌ای
بیشتری را کنار هم قرار دهیم
بیشتری را کنار هم قرار دهیم
08:01
to create something that looks
even more like a muscle
even more like a muscle
169
469750
2559
تا چیزی بسازیم که بیشتر شبیه
به یک ماهیچه به نظر برسد
به یک ماهیچه به نظر برسد
08:04
that also contracts and expands
in cross section.
in cross section.
170
472333
2435
که آن هم در مقاطعی، منبسط و منقبض می‌شود.
08:06
These HASELs here are lifting a weight
that's about 200 times heavier
that's about 200 times heavier
171
474792
3351
این هیزل‌ها، وزنی را بلند می‌کنند
که ۲۰۰ برابر سنگین‌تر
که ۲۰۰ برابر سنگین‌تر
08:10
than their own weight.
172
478167
1291
از وزن خودشان است.
08:12
Here you see one of our newest designs,
called quadrant donut HASELs
called quadrant donut HASELs
173
480667
3476
اینجا یکی از جدیدترین طرح‌هایمان را
می‌بینید که هیزل‌های رُبع دونات نام دارد
می‌بینید که هیزل‌های رُبع دونات نام دارد
08:16
and how they expand and contract.
174
484167
1601
و این که چگونه منبسط و منقبض می‌شوند.
08:17
They can be operated incredibly fast,
reaching superhuman speeds.
reaching superhuman speeds.
175
485792
3083
آنها می‌توانند بسیار سریع عمل کنند
و به سرعت‌های فراانسانی برسند.
و به سرعت‌های فراانسانی برسند.
08:23
They are even powerful enough
to jump off the ground.
to jump off the ground.
176
491333
2976
حتی اینقدر قوی هستند که می‌توانند بپرند.
08:26
(Laughter)
177
494333
1334
(خنده)
08:28
Overall, HASELs show promise
to become the first technology
to become the first technology
178
496917
3517
در مجموع، هیزل‌ها این نوید را
می‌دهند که به اولین فناوری بدل شوند
می‌دهند که به اولین فناوری بدل شوند
08:32
that matches or exceeds the performance
of biological muscle
of biological muscle
179
500458
3518
که برابر یا فراتر از عملکرد
ماهیچه‌های زیستی هستند
ماهیچه‌های زیستی هستند
08:36
while being compatible
with large-scale manufacturing.
with large-scale manufacturing.
180
504000
3143
در حالی که امکان
تولید انبوه را نیز دارند.
تولید انبوه را نیز دارند.
08:39
This is also a very young technology.
We are just getting started.
We are just getting started.
181
507167
3142
البته فناوری بسیار جوانی است.
ما تازه داریم شروع می‌کنیم.
ما تازه داریم شروع می‌کنیم.
08:42
We have many ideas how to
drastically improve performance,
drastically improve performance,
182
510333
2768
ایده‌های زیادی داریم برای این که
چگونه عملکرد را به شدت بهبود دهیم،
چگونه عملکرد را به شدت بهبود دهیم،
08:45
using new materials and new designs
to reach a level of performance
to reach a level of performance
183
513125
3851
با استفاده از مواد جدید و طراحی‌های
جدید تا به سطحی از عملکرد برسیم
جدید تا به سطحی از عملکرد برسیم
08:49
beyond biological muscle and also beyond
traditional rigid electric motors.
traditional rigid electric motors.
184
517000
4332
که فراتر از ماهیچه‌های زیستی و همچنین
فراتر از موتورهای الکتریکی سخت سنتی باشد.
فراتر از موتورهای الکتریکی سخت سنتی باشد.
08:54
Moving towards more complex designs
of HASEL for bio-inspired robotics,
of HASEL for bio-inspired robotics,
185
522250
3393
در حرکت به سمت طراحی‌های پیچیده‌تری
برای هیزل الهام‌گرفته از زیست،
برای هیزل الهام‌گرفته از زیست،
08:57
here you see our artificial scorpion
186
525667
1767
اینجا عقرب مصنوعی ما را می‌بینید
08:59
that can use its tail to hunt prey,
187
527458
1726
که می‌تواند از دُم خود برای
شکار طعمه استفاده کند،
شکار طعمه استفاده کند،
09:01
in this case, a rubber balloon.
188
529208
1518
که در این مورد، یک بالن لاستیکی است.
09:02
(Laughter)
189
530750
1643
(خنده)
09:04
Going back to our initial inspiration,
190
532417
2101
با بازگشت به الهام اولیه‌مان،
09:06
the versatility of octopus arms
and elephant trunks,
and elephant trunks,
191
534542
2809
انطباق‌پذیری بازوهای اختاپوس و بدن فیل،
09:09
we are now able to build
soft continuum actuators
soft continuum actuators
192
537375
2768
حالا قادریم عملگرهای نرم پیوسته‌ای بسازیم
09:12
that come closer and closer
to the capabilities of the real thing.
to the capabilities of the real thing.
193
540167
3125
که به توانمندی‌های اعضای واقعی،
نزدیک و نزدیک‌تر می‌شوند.
نزدیک و نزدیک‌تر می‌شوند.
09:17
I am most excited
about the practical applications
about the practical applications
194
545833
2893
من خیلی هیجان‌زده‌ام برای کاربردهای عملی
09:20
of HASEL artificial muscles.
195
548750
1809
ماهیچه‌های مصنوعی هیزل.
09:22
They'll enable soft robotic devices
196
550583
2393
آنها دستگاه‌های رباتیک نرم
را قادر می‌سازند
را قادر می‌سازند
09:25
that can improve the quality of life.
197
553000
2351
که بتوانند کیفیت زندگی را بهتر کنند.
09:27
Soft robotics will enable a new generation
of more lifelike prosthetics
of more lifelike prosthetics
198
555375
3809
رباتیک نرم، نسل جدیدی از اعضای مصنوعی
شبیه به واقعیت را تحقق می‌بخشد
شبیه به واقعیت را تحقق می‌بخشد
09:31
for people who have lost
parts of their bodies.
parts of their bodies.
199
559208
2226
برای افرادی که اعضای بدن
خود را از دست داده‌اند.
خود را از دست داده‌اند.
09:33
Here you see some HASELs in my lab,
200
561458
1810
اینجا چند هیزل را
در آزمایشگاه من می‌بینید،
در آزمایشگاه من می‌بینید،
09:35
early testing,
driving a prosthetic finger.
driving a prosthetic finger.
201
563292
2583
آزمایش اولیه حرکت یک انگشت مصنوعی.
09:39
One day, we may even merge
our bodies with robotic parts.
our bodies with robotic parts.
202
567542
3875
یک روز شاید حتی بدن‌هایمان را
با اعضای رباتیک ادغام کنیم.
با اعضای رباتیک ادغام کنیم.
09:45
I know that sounds very scary at first.
203
573125
2125
می‌دانم که در نگاه اول
خیلی ترسناک به نظر می‌رسد.
خیلی ترسناک به نظر می‌رسد.
09:48
But when I think about my grandparents
204
576917
1851
اما وقتی به پدربزرگ‌ها
و مادربزرگ‌هایمان فکر می‌کنم.
و مادربزرگ‌هایمان فکر می‌کنم.
09:50
and the way they become
more dependent on others
more dependent on others
205
578792
2934
و طوری که بیشتر به دیگران وابسته می‌شوند
09:53
to perform simple everyday tasks
such as using the restroom alone,
such as using the restroom alone,
206
581750
4101
تا کارهای روزمره ساده مانند
دستشویی رفتن را انجام دهند،
دستشویی رفتن را انجام دهند،
09:57
they often feel like
they're becoming a burden.
they're becoming a burden.
207
585875
2208
اغلب فکر می‌کنند که به
یک سربار تبدیل می‌شوند.
یک سربار تبدیل می‌شوند.
10:00
With soft robotics, we will be able
to enhance and restore
to enhance and restore
208
588958
3268
با رباتیک نرم، ما قادر به ارتقاء و بازیابی
10:04
agility and dexterity,
209
592250
1601
چابکی و مهارت خواهیم بود،
10:05
and thereby help older people
maintain autonomy
maintain autonomy
210
593875
2893
و به این ترتیب به افراد مسن‌تر
کمک کنیم استقلال خود را
کمک کنیم استقلال خود را
10:08
for longer parts of their lives.
211
596792
2267
در مدت بیشتری از زندگی حفظ کنند.
10:11
Maybe we can call that
"robotics for antiaging"
"robotics for antiaging"
212
599083
2500
شاید بتوانیم آن را
"رباتیک و ضدپیری" بنامیم
"رباتیک و ضدپیری" بنامیم
10:15
or even a next stage of human evolution.
213
603000
2458
یا حتی مرحله بعدی از تکامل انسان.
10:19
Unlike their traditional
rigid counterparts,
rigid counterparts,
214
607083
2851
بر خلاف همتایان سنتی سخت خود،
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
ربات‌های شبه‌واقعی نرم، به شکل امن کنار
مردم عمل کرده و به ما در خانه کمک می‌کنند.
مردم عمل کرده و به ما در خانه کمک می‌کنند.
10:27
Soft robotics is a very young field.
We're just getting started.
We're just getting started.
216
615667
3392
رباتیک نرم حوزه بسیار جوانی است.
ما تازه داریم شروع می‌کنیم.
ما تازه داریم شروع می‌کنیم.
10:31
I hope that many young people
from many different backgrounds
from many different backgrounds
217
619083
3101
امیدوارم بسیاری از جوانان با سوابق مختلف
10:34
join us on this exciting journey
218
622208
1851
به ما در این سفر جذاب ملحق شوند
10:36
and help shape the future of robotics
219
624083
2143
و به ایجاد آینده‌ای از رباتیک
10:38
by introducing new concepts
inspired by nature.
inspired by nature.
220
626250
2583
با معرفی مفاهیم جدید
الهام‌گرفته از طبیعت کمک کنند.
الهام‌گرفته از طبیعت کمک کنند.
10:42
If we do this right,
221
630708
1601
اگر این کار را درست انجام دهیم،
10:44
we can improve the quality of life
222
632333
1768
می‌توانیم کیفیت زندگی را
10:46
for all of us.
223
634125
1309
برای همه بهتر کنیم.
10:47
Thank you.
224
635458
1268
سپاسگزارم.
10:48
(Applause)
225
636750
4167
(تشویق)
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