ABOUT THE SPEAKER
Giada Gerboni - Biomedical engineer
Giada Gerboni works in surgical robotics, supporting surgeons with new flexible robotic devices in order to make once impossible operations a reality.

Why you should listen

Giada Gerboni is a postdoctoral scholar at Stanford University, in the Collaborative Haptics and Robotics in Medicine (CHARM) Lab. Gerboni is working on the design and control of needle-sized flexible robots, work that aims to improve current percutaneous tumor ablation procedures. As she says: "One of the most exciting parts of this research is to enable surgical operations in ways that, not long ago, had not yet been conceived."

Gerboni received BE and MS degrees in biomedical engineering from the University of Pisa and a PhD in biorobotics from The BioRobotics Institute of Sant’Anna School of Advanced Studies in Pisa, Italy. During her PhD, she specialized in surgical robotics, studying and developing innovative strategies for the actuation and sensing of soft and flexible instruments for applications in MIS (Minimally Invasive Surgery).

A new branch of robotics, called "soft robotics," is expanding the boundaries of robotic applications. Soft robotics faces the grand challenge of increasing the capabilities of robots to make them more suitable for physical interactions with the real world. It involves use of soft and flexible materials, deformable sensors and very different control strategies than traditional robots, which are designed to work in well-defined and confined environments. Gerboni has been involved in this field from the time of her PhD, and since then she has been exploring its potential in the medical/surgical area, where safe robot-environment interaction is crucial. 

More profile about the speaker
Giada Gerboni | Speaker | TED.com
TED2018

Giada Gerboni: The incredible potential of flexible, soft robots

Giada Gerboni: O incrível potencial de robôs moles e flexíveis

Filmed:
1,397,702 views

Robôs são projetados para velocidade e precisão - mas sua rigidez tem frequentemente limitado como eles são usados. Nesta palestra esclarecedora, a engenheira biomédica Giada Gerboni compartilha as últimas novidades da "robótica mole", um campo emergente que tem como objetivo construir máquinas ágeis que imitam a natureza, como um polvo robô. Aprenda mais sobre como essas estruturas flexíveis podem desempenhar um papel crítico em cirurgia, medicina e nas nossas vidas diárias.
- Biomedical engineer
Giada Gerboni works in surgical robotics, supporting surgeons with new flexible robotic devices in order to make once impossible operations a reality. Full bio

Double-click the English transcript below to play the video.

Então, robôs.
00:13
So, robots.
0
1531
1837
00:15
Robots can be programmed
1
3392
1414
Robôs podem ser programados
00:16
to do the same task millions of times
with minimal error,
2
4830
3691
para fazerem a mesma tarefa milhões
de vezes com o mínimo de erro,
00:20
something very difficult for us, right?
3
8545
2514
algo bem difícil para nós, certo?
00:23
And it can be very impressive
to watch them at work.
4
11083
3161
E pode ser muito impressionante
observá-los trabalhando.
00:26
Look at them.
5
14268
1256
Observe-os.
00:27
I could watch them for hours.
6
15548
1908
Poderia observá-los por horas.
00:30
No?
7
18108
1299
Não?
00:31
What is less impressive
8
19431
2207
O menos impressionante é
que se você tirá-los das fábricas
00:33
is that if you take these robots
out of the factories,
9
21662
2933
00:36
where the environments are not
perfectly known and measured like here,
10
24619
4380
onde o ambiente não é conhecido
e medido perfeitamente como aqui,
00:41
to do even a simple task
which doesn't require much precision,
11
29023
4278
para fazer uma simples tarefa
que não requeira muita precisão,
00:45
this is what can happen.
12
33325
1611
isso é o que pode acontecer.
00:46
I mean, opening a door,
you don't require much precision.
13
34960
2729
Quero dizer, abrir uma porta
não requer muita precisão.
00:49
(Laughter)
14
37713
1030
(Risos)
00:50
Or a small error in the measurements,
15
38767
2454
Ou um simples erro nas medidas,
00:53
he misses the valve, and that's it --
16
41245
1826
ele falha a válvula, e acabou,
00:55
(Laughter)
17
43095
1270
(Risos)
00:56
with no way of recovering,
most of the time.
18
44389
2444
sem muito o que recuperar,
na maioria das vezes.
00:59
So why is that?
19
47561
1675
Então por que isso?
01:01
Well, for many years,
20
49260
1874
Bom, por muitos anos,
01:03
robots have been designed
to emphasize speed and precision,
21
51158
3300
robôs foram projetados
para enfatizar velocidade e precisão
01:06
and this translates
into a very specific architecture.
22
54482
2962
e isso se traduz numa arquitetura
muito específica.
01:09
If you take a robot arm,
23
57468
1151
Pegue o braço de robô:
01:10
it's a very well-defined
set of rigid links
24
58643
2759
é um conjunto de conexões
rígido bem definido
01:13
and motors, what we call actuators,
25
61426
2059
e motores, o que chamamos de "actuators",
que movem as conexões nas junções.
01:15
they move the links about the joints.
26
63509
1770
01:17
In this robotic structure,
27
65303
1307
Nesta estrutura robótica,
01:18
you have to perfectly
measure your environment,
28
66624
2227
você precisa medir
seu ambiente perfeitamente.
01:20
so what is around,
29
68865
1897
Então tudo o que está ao redor,
01:22
and you have to perfectly
program every movement
30
70786
2639
você precisa programar
todo movimento perfeitamente
01:25
of the robot joints,
31
73449
2135
das junções do robô,
01:27
because a small error
can generate a very large fault,
32
75608
3262
porque um pequeno erro pode
gerar uma falha gigantesca,
01:30
so you can damage something
or you can get your robot damaged
33
78894
3013
e então danificar algo
ou ter seu robô danificado
01:33
if something is harder.
34
81931
1531
se algo for mais duro.
01:36
So let's talk about them a moment.
35
84107
2205
Vamos falar sobre eles por um momento.
01:38
And don't think
about the brains of these robots
36
86336
3223
Não pense nos cérebros desses robôs
01:41
or how carefully we program them,
37
89583
2745
ou como os programamos cuidadosamente,
mas, em vez disso, observem o corpo deles.
01:44
but rather look at their bodies.
38
92352
1818
01:46
There is obviously
something wrong with it,
39
94606
2879
Há algo obviamente errado com eles,
01:49
because what makes a robot
precise and strong
40
97509
3127
porque o que faz um robô preciso e forte
01:52
also makes them ridiculously dangerous
and ineffective in the real world,
41
100660
4389
também o faz ridiculamente perigoso
e ineficaz no mundo real,
01:57
because their body cannot deform
42
105073
1985
porque o corpo dele não se deforma
01:59
or better adjust to the interaction
with the real world.
43
107082
3229
nem se ajusta conforme
a interação com o mundo real.
02:03
So think about the opposite approach,
44
111226
3118
Então pense na abordagem oposta,
02:06
being softer than
anything else around you.
45
114368
2818
em ser mais mole do que
qualquer coisa ao seu redor.
02:09
Well, maybe you think that you're not
really able to do anything if you're soft,
46
117827
5085
Você talvez pense que não é capaz
de fazer nada se for mole,
02:14
probably.
47
122936
1167
provavelmente.
02:16
Well, nature teaches us the opposite.
48
124127
2850
Bom, a natureza nos ensina o contrário.
02:19
For example, at the bottom of the ocean,
49
127001
2031
Por exemplo, no fundo do oceano,
02:21
under thousands of pounds
of hydrostatic pressure,
50
129056
2436
embaixo de muitos quilos
de pressão hidrostática,
02:23
a completely soft animal
51
131516
2428
um animal completamente mole
02:25
can move and interact
with a much stiffer object than him.
52
133968
3277
pode se mover e interagir
com um objeto muito mais duro que ele.
02:29
He walks by carrying around
this coconut shell
53
137878
2847
Ele caminha carregando esta concha de coco
02:32
thanks to the flexibility
of his tentacles,
54
140749
2384
graças à flexibilidade de seus tentáculos,
02:35
which serve as both his feet and hands.
55
143157
2504
que servem como pés e mãos.
02:38
And apparently,
an octopus can also open a jar.
56
146241
3825
E aparentemente, um polvo
pode abrir um pote também.
02:43
It's pretty impressive, right?
57
151883
1754
É muito impressionante, certo?
02:47
But clearly, this is not enabled
just by the brain of this animal,
58
155918
4500
Mas claramente, isso não é possível
devido ao cérebro deste animal apenas,
02:52
but also by his body,
59
160442
2014
mas também graças ao seu corpo,
02:54
and it's a clear example,
maybe the clearest example,
60
162480
4032
e é um exemplo claro,
talvez o mais claro de todos,
02:58
of embodied intelligence,
61
166536
1800
de inteligência incorporada,
03:00
which is a kind of intelligence
that all living organisms have.
62
168360
3286
que é um tipo de inteligência
que todos os seres vivos têm.
03:03
We all have that.
63
171670
1566
Todos nós temos isso.
03:05
Our body, its shape,
material and structure,
64
173260
3842
Nosso corpo, sua forma,
material e estrutura
03:09
plays a fundamental role
during a physical task,
65
177126
3182
assumem um papel fundamental
durante uma tarefa física
03:12
because we can conform to our environment
66
180332
5613
porque podemos nos adaptar
ao nosso ambiente
03:17
so we can succeed in a large
variety of situations
67
185969
2404
para nos sucedermos numa ampla
variedade de situações
03:20
without much planning
or calculations ahead.
68
188397
2993
sem muito planejamento ou cálculo prévio.
03:23
So why don't we put
some of this embodied intelligence
69
191414
2715
Então por que não usamos parte
da inteligência incorporada
03:26
into our robotic machines,
70
194153
1555
nas nossas máquinas robóticas,
03:27
to release them from relying
on excessive work
71
195732
2349
para liberá-los de trabalho excessivo
de computação e detecção?
03:30
on computation and sensing?
72
198105
2017
03:33
Well, to do that, we can follow
the strategy of nature,
73
201097
2650
Bom, para isso, podemos
seguir a estratégia da natureza,
03:35
because with evolution,
she's done a pretty good job
74
203771
2612
porque, com a evolução,
ela fez um trabalho muito bom
03:38
in designing machines
for environment interaction.
75
206407
4496
em desenhar máquinas
para interação com ambiente.
03:42
And it's easy to notice that nature
uses soft material frequently
76
210927
4494
É fácil notar que a natureza usa
material mole frequentemente
03:47
and stiff material sparingly.
77
215445
2295
e duro às vezes.
03:49
And this is what is done
in this new field or robotics,
78
217764
3792
E isso é o que foi feito
neste novo campo da robótica,
03:53
which is called "soft robotics,"
79
221580
2300
que se chama "robótica mole",
03:55
in which the main objective
is not to make super-precise machines,
80
223904
3736
cujo principal objetivo não é montar
máquinas superprecisas,
03:59
because we've already got them,
81
227664
1937
porque já as temos,
04:01
but to make robots able to face
unexpected situations in the real world,
82
229625
4920
mas construir robôs capazes de enfrentar
situações inesperadas no mundo real,
04:06
so able to go out there.
83
234569
1557
capazes então de ir lá fora.
04:08
And what makes a robot soft
is first of all its compliant body,
84
236150
3524
E o que faz um robô ser mole,
primeiro de tudo, é seu corpo todo,
04:11
which is made of materials or structures
that can undergo very large deformations,
85
239698
5531
que é feito de materiais ou estruturas
que podem sofrer grandes deformações,
04:17
so no more rigid links,
86
245253
1831
sem ter mais conexões rígidas,
04:19
and secondly, to move them,
we use what we call distributed actuation,
87
247108
3548
e também, para movê-los, usamos
o que chamamos de estímulo distribuído.
04:22
so we have to control continuously
the shape of this very deformable body,
88
250680
5032
Temos de controlar continuamente
o molde deste corpo muito flexível,
04:27
which has the effect
of having a lot of links and joints,
89
255736
3298
o que tem o efeito de ter
várias conexões e junções,
04:31
but we don't have
any stiff structure at all.
90
259058
2623
mesmo não tendo qualquer estrutura dura.
04:33
So you can imagine that building
a soft robot is a very different process
91
261705
3430
Então você imagina que montar
um robô mole é um processo muito diferente
04:37
than stiff robotics,
where you have links, gears, screws
92
265159
2880
do que robótica dura, com conexões,
engrenagens, parafusos
04:40
that you must combine
in a very defined way.
93
268063
2231
que precisamos combinar
de uma maneira precisa.
04:42
In soft robots, you just build
your actuator from scratch
94
270948
3525
Em robôs moles, você só monta
seu estímulo do zero na maioria das vezes,
04:46
most of the time,
95
274497
1151
04:47
but you shape your flexible material
96
275672
2382
mas você molda seu material flexível
04:50
to the form that responds
to a certain input.
97
278078
2403
à forma que responda a um certo input.
04:53
For example, here,
you can just deform a structure
98
281054
2458
Por exemplo, você pode
só deformar uma estrutura
04:55
doing a fairly complex shape
99
283536
2471
ao fazer um molde relativamente complexo
04:58
if you think about doing the same
with rigid links and joints,
100
286031
3278
se pensar em fazer o mesmo
com links e junções rígidos,
05:01
and here, what you use is just one input,
101
289333
2333
e aqui, o que se usa é só um input,
05:03
such as air pressure.
102
291690
1364
como pressão do ar.
05:05
OK, but let's see
some cool examples of soft robots.
103
293869
3489
Mas vejamos alguns exemplos
bacanas de robôs moles.
05:09
Here is a little cute guy
developed at Harvard University,
104
297765
4547
Aqui está um pequeno e fofo robô
desenvolvido na Universidade de Harvard,
05:14
and he walks thanks to waves
of pressure applied along its body,
105
302336
4493
e ele caminha graças às ondas
de pressão aplicadas em seu corpo,
05:18
and thanks to the flexibility,
he can also sneak under a low bridge,
106
306853
3286
e graças à flexibilidade, ele também
pode se esgueirar sob uma ponte,
05:22
keep walking,
107
310163
1151
continuar a andar,
05:23
and then keep walking
a little bit different afterwards.
108
311338
3197
e então continuar a caminhar
um pouco diferente depois.
05:27
And it's a very preliminary prototype,
109
315345
2231
Isso é um protótipo bem preliminar,
05:29
but they also built a more robust version
with power on board
110
317600
3676
mas eles também criaram uma versão
mais robusta com bateria integrada
05:33
that can actually be sent out in the world
and face real-world interactions
111
321300
5447
que pode ser liberada livremente
e enfrentar interações reais do mundo
05:38
like a car passing it over it ...
112
326771
1706
como um carro passando por cima dele...
(Risos)
05:42
and keep working.
113
330090
1150
e continuar a funcionar.
05:44
It's cute.
114
332056
1151
É fofo.
05:45
(Laughter)
115
333231
1421
(Risos)
05:46
Or a robotic fish, which swims
like a real fish does in water
116
334676
3864
Ou um peixe-robô, que nada
como um peixe de verdade
05:50
simply because it has a soft tail
with distributed actuation
117
338564
3184
só porque tem uma caixa mole
com estímulo distribuído
05:53
using still air pressure.
118
341772
1644
usando pressão de ar estática.
05:55
That was from MIT,
119
343954
1358
Esse foi do MIT,
05:57
and of course, we have a robotic octopus.
120
345336
2805
e claro, temos um polvo-robô.
06:00
This was actually one
of the first projects
121
348165
2079
Este foi um dos primeiros projetos
06:02
developed in this new field
of soft robots.
122
350268
2126
criados neste novo campo de robôs moles.
06:04
Here, you see the artificial tentacle,
123
352418
1886
Aqui, vemos o tentáculo artificial,
06:06
but they actually built an entire machine
with several tentacles
124
354328
4679
mas eles construíram uma máquina
inteira com vários tentáculos
06:11
they could just throw in the water,
125
359031
2611
que poderiam simplesmente jogar na água.
06:13
and you see that it can kind of go around
and do submarine exploration
126
361666
4293
Dá para ver que isso pode funcionar
em exploração subaquática
06:17
in a different way
than rigid robots would do.
127
365983
3303
de uma forma diferente
da qual robôs rígidos fariam.
06:21
But this is very important for delicate
environments, such as coral reefs.
128
369310
3660
Mas isso é crucial para ambientes
delicados, como recifes de corais.
06:24
Let's go back to the ground.
129
372994
1396
Vamos voltar para o fundo.
06:26
Here, you see the view
130
374414
1190
Aqui, você vê a visão
06:27
from a growing robot developed
by my colleagues in Stanford.
131
375628
4148
de um robô crescente desenvolvido
pelos meus colegas em Stanford.
06:31
You see the camera fixed on top.
132
379800
1850
Você vê a câmera fixada no topo.
06:33
And this robot is particular,
133
381674
1438
E este robô é singular
06:35
because using air pressure,
it grows from the tip,
134
383136
2416
porque usa pressão do ar
e cresce pela extremidade,
06:37
while the rest of the body stays
in firm contact with the environment.
135
385576
3346
enquanto o resto do corpo se mantém
em contato firme com o ambiente.
06:41
And this is inspired
by plants, not animals,
136
389316
2718
E isso é inspirado
por plantas, não animais,
06:44
which grows via the material
in a similar manner
137
392058
3315
que cresce através do material
de uma maneira similar,
06:47
so it can face a pretty large
variety of situations.
138
395397
2960
enfrentando assim uma ampla
gama de situações.
06:51
But I'm a biomedical engineer,
139
399043
1668
Mas sou uma engenheira biomédica,
06:52
and perhaps the application
I like the most
140
400735
2269
e talvez a aplicação da qual mais gosto
06:55
is in the medical field,
141
403028
1453
esteja no campo médico.
06:56
and it's very difficult to imagine
a closer interaction with the human body
142
404505
4841
É mais difícil imaginar uma interação
mais próxima com o corpo humano
07:01
than actually going inside the body,
143
409370
1919
do que realmente examinar dentro dele,
07:03
for example, to perform
a minimally invasive procedure.
144
411313
2771
como realizar um procedimento
minimamente invasivo.
07:06
And here, robots can be
very helpful with the surgeon,
145
414958
3402
E aqui, robôs podem ser
muito úteis com o cirurgião,
07:10
because they must enter the body
146
418384
1749
porque eles devem entrar no corpo
07:12
using small holes
and straight instruments,
147
420157
2627
usando pequenos furos
e instrumentos retos,
07:14
and these instruments must interact
with very delicate structures
148
422808
3510
e esses instrumentos devem
interagir com estruturas delicadas
07:18
in a very uncertain environment,
149
426342
2048
em um ambiente muito incerto,
07:20
and this must be done safely.
150
428414
1675
de forma segura.
07:22
Also bringing the camera inside the body,
151
430113
2112
Levar uma câmera dentro do corpo também,
07:24
so bringing the eyes of the surgeon
inside the surgical field
152
432249
3618
trazendo assim os olhos do cirurgião
para dentro do campo cirúrgico,
07:27
can be very challenging
if you use a rigid stick,
153
435891
2351
pode ser desafiador usando
um instrumento rígido,
07:30
like a classic endoscope.
154
438266
1607
como um endoscópio tradicional.
07:32
With my previous research group in Europe,
155
440517
2589
Com meu último grupo
de pesquisa na Europa,
07:35
we developed this
soft camera robot for surgery,
156
443130
2596
desenvolvemos esta câmera-robô
mole para cirurgia,
07:37
which is very different
from a classic endoscope,
157
445750
3768
que é muito diferente
de um endoscópio tradicional.
07:41
which can move thanks
to the flexibility of the module
158
449542
3104
Ela pode mover graças
à flexibilidade do módulo
07:44
that can bend in every direction
and also elongate.
159
452670
4888
e dobrar em qualquer direção
e também se alongar.
07:49
And this was actually used by surgeons
to see what they were doing
160
457582
3110
Isso é de fato usado por cirurgiões
para ver o que estão fazendo
07:52
with other instruments
from different points of view,
161
460716
2738
com outros instrumentos
por diferentes pontos de vista,
07:55
without caring that much
about what was touched around.
162
463478
3206
sem se preocuparem muito
com o que foi tocado em volta.
07:59
And here you see the soft robot in action,
163
467247
3743
E aqui você vê o robô mole em ação
08:03
and it just goes inside.
164
471014
2818
e ele simplesmente vai adentro.
08:05
This is a body simulator,
not a real human body.
165
473856
3269
Isso é um simulador de corpo,
não um corpo humano de verdade.
08:09
It goes around.
166
477149
1151
Ele vai ao redor.
08:10
You have a light, because usually,
167
478324
1674
Temos uma luz porque, usualmente,
não temos muitas luzes dentro do corpo.
08:12
you don't have too many lights
inside your body.
168
480022
3121
08:15
We hope.
169
483167
1173
Assim esperamos.
08:16
(Laughter)
170
484364
3002
(Risos)
08:19
But sometimes, a surgical procedure
can even be done using a single needle,
171
487390
4698
Mas às vezes, um procedimento cirúrgico
pode ser feito usando uma única agulha.
08:24
and in Stanford now, we are working
on a very flexible needle,
172
492112
4047
Em Stanford, agora, estamos trabalhando
em uma agulha muito flexível,
08:28
kind of a very tiny soft robot
173
496183
2652
um tipo de robô mole muito pequeno
08:30
which is mechanically designed
to use the interaction with the tissues
174
498859
3294
que é desenhado mecanicamente
para usar a interação com os tecidos
08:34
and steer around inside a solid organ.
175
502177
2230
e conduzir-se dentro de um órgão sólido.
08:36
This makes it possible to reach
many different targets, such as tumors,
176
504431
4080
Isso torna possível alcançar vários alvos
diferentes, como tumores,
08:40
deep inside a solid organ
177
508535
1698
no fundo de um órgão sólido
08:42
by using one single insertion point.
178
510257
2325
ao usar um único ponto de inserção.
08:44
And you can even steer around
the structure that you want to avoid
179
512606
4039
E você pode conduzi-la ao longo
de uma estrutura que se queira evitar
08:48
on the way to the target.
180
516669
1364
a caminho do alvo.
08:51
So clearly, this is a pretty
exciting time for robotics.
181
519377
3305
Claramente, este é um momento bastante
emocionante para a robótica.
08:54
We have robots that have to deal
with soft structures,
182
522706
3153
Temos robôs que têm de lidar
com estruturas moles,
08:57
so this poses new
and very challenging questions
183
525883
2585
então isso significa
novas questões muito desafiadoras
09:00
for the robotics community,
184
528492
1357
à comunidade de robótica.
09:01
and indeed, we are just starting
to learn how to control,
185
529873
2675
Claro, estamos começando
a aprender como controlar,
09:04
how to put sensors
on these very flexible structures.
186
532572
3004
como inserir sensores nessas
estruturas muito flexíveis.
09:07
But of course, we are not even close
to what nature figured out
187
535600
2960
Mas não estamos nem perto
do que a natureza descobriu
09:10
in millions of years of evolution.
188
538584
2194
em milhões de anos de evolução.
09:12
But one thing I know for sure:
189
540802
2104
Mas uma coisa sei ao certo:
09:14
robots will be softer and safer,
190
542930
2516
robôs serão mais moles e seguros,
09:17
and they will be out there helping people.
191
545470
2982
e estarão lá fora para ajudar pessoas.
09:20
Thank you.
192
548809
1151
Obrigada.
09:21
(Applause)
193
549984
4412
(Aplausos)
Translated by Susana Byun
Reviewed by Maricene Crus

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
Giada Gerboni - Biomedical engineer
Giada Gerboni works in surgical robotics, supporting surgeons with new flexible robotic devices in order to make once impossible operations a reality.

Why you should listen

Giada Gerboni is a postdoctoral scholar at Stanford University, in the Collaborative Haptics and Robotics in Medicine (CHARM) Lab. Gerboni is working on the design and control of needle-sized flexible robots, work that aims to improve current percutaneous tumor ablation procedures. As she says: "One of the most exciting parts of this research is to enable surgical operations in ways that, not long ago, had not yet been conceived."

Gerboni received BE and MS degrees in biomedical engineering from the University of Pisa and a PhD in biorobotics from The BioRobotics Institute of Sant’Anna School of Advanced Studies in Pisa, Italy. During her PhD, she specialized in surgical robotics, studying and developing innovative strategies for the actuation and sensing of soft and flexible instruments for applications in MIS (Minimally Invasive Surgery).

A new branch of robotics, called "soft robotics," is expanding the boundaries of robotic applications. Soft robotics faces the grand challenge of increasing the capabilities of robots to make them more suitable for physical interactions with the real world. It involves use of soft and flexible materials, deformable sensors and very different control strategies than traditional robots, which are designed to work in well-defined and confined environments. Gerboni has been involved in this field from the time of her PhD, and since then she has been exploring its potential in the medical/surgical area, where safe robot-environment interaction is crucial. 

More profile about the speaker
Giada Gerboni | Speaker | TED.com