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Um die Stadt sicherer zu machen, setzt die Polizei von Johannesburg intelligente Roboter im Kampf gegen das Verbrechen ein. Das erweist sich als voller Erfolg. Doch Deon Wilson, der Entwickler der Roboter, will mehr. Er arbeitet an einer künstlichen Intelligenz, die er an einem ausrangierten Polizeiroboter testen will. Kurz bevor er das Experiment starten kann, werden Deon und sein Roboter von einer Gruppe Kleinkrimineller entführt. Deren Anführer Ninja will aus dem "Chappie" getauften intelligenten Roboter einen echten Gangster machen. Zeitgleich versucht Wilsons Konkurrent Vincent Moore, die Polizeiroboter zu sabotieren, um seinen eigenen Kampfroboter MOOSE in der Stadt zum Einsatz zu bringen. Doch dazu benötigt er einen speziellen Chip, der sich in Chappies Körper befindet.
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In naher Zukunft ist eine Welt entstanden, die kaum noch Verbrechen kennt. Der Grund liegt in den "Surrogates" - nach individuellem Wunsch geformte Roboter mit menschlichem Antlitz. Diese gehen Arbeit und Freizeit nach, während der reale Mensch zu Hause in Sicherheit ist, aber alles nachempfinden kann, was sein "zweites Ich" erlebt. Doch ein Anschlag auf ein junges Paar, das sich auf der Straße küsst, bringt die neue Welt ins Wanken.