A robot that runs and swims like a salamander | Auke Ijspeert

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


Моля, кликнете два пъти върху английските субтитри по-долу, за да пуснете видеото.

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Това е Плюробот.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Проектирахме Плюробота точно да наподобява един вид саламандър
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
на име Pleurodeles waltl.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Плюроботът може да ходи, както виждате тук и
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
както ще видите по-късно, може и да плува.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Може да попитате защо проектирахме този робот?
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
Всъщност, роботът бе проектиран като научен инструмент по невробиология.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
На практика го проектирахме заедно с невробиолозите,
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
за да разберем как се движат животните
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
и най-вече как гръбначният мозък контролира движението.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Но колкото повече се занимавам с биороботика,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
толкова по-истински ме впечатляват движенията на животните.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Представeте си плуващ делфин или котка, която тича или скача наоколо
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
или дори ние, хората,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
по време на джогинг или тенис
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
правим удивителни неща.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
На практика нервната ни система решава много, много сложна задача за контрола.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
Тя трябва съвършено да координира около 200 мускула,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
защото ако координацията е лоша, ние падаме или правим лошо движение.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Целта ми е да разбера как става това.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Зад движенията на животните стоят четири главни компонента.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Първият компонент е самото тяло
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
и никога не трябва да подценяваме
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
степента, до която биомеханиката вече е опростила движенията му.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
После имаме гръбначния мозък,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
в гръбначния мозък откриваме рефлексите,
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
многобройни рефлекси, които създават верига за сетивно-двигателна координация
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
между нервната активност в гръбначния мозък и механичната дейност.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
Третият компонент са централните генератори на модели.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Те са много интересни вериги в гръбначния мозък на гръбначните животни,
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
които сами могат да генерират
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
много координирани, премерени модели на активност,
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
получавайки само много прости входящи импулси.
01:47
And these input signals
33
107720
1216
И тези входящи импулси,
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
идващи от низходящата модулация от по-висшите части на мозъка
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
35
112040
2696
като моторния кортекс, малкия мозък, базалните ганглии
01:54
will all modulate activity of the spinal cord
36
114760
2136
ще модулират активността на гръбначния мозък,
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
докато правим движения.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Но интересното е до каква степен един компонент от по-низш порядък,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
гръбначният мозък заедно с тялото,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
вече решава голяма част от двигателната задача.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
Това вероятно ви е познато от факта, че можем да отрежем главата на пиле
02:09
it can still run for a while,
42
129532
1381
и то да продължи да тича още малко,
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
43
130937
2539
показвайки, че само долната част, гръбначният мозък и тялото
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
вече решават голяма част от движението.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Да разберем как става това е доста сложно,
02:17
because first of all,
46
137880
1296
защото преди всичко
02:19
recording activity in the spinal cord is very difficult.
47
139200
2620
да се запише активността в гръбначния мозък е много трудно.
02:21
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
48
141844
2772
Доста по-лесно е да се поставят електроди в моторния кортекс,
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
отколкото в гръбначния мозък, защото той е защитен от прешлените.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Много е трудно, особено при хората.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
Друга трудност e, че движението се предизвиква от много сложно
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
и много динамично взаимодействие между тези четири компонента.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Много е трудно да се проследи ролята на всеки от тях във времето.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
Ето къде наистина могат да помогнат биороботи като Плюробота
02:44
can really help.
55
164640
1200
и математически модели.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Какво е биороботика?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
Биороботиката е много активно поле на проучвания в роботиката,
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
в което хората се вдъхновяват от животните,
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
за да накарат роботите да излязат навън -
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
като сервизни роботи или роботи-търсачи и спасители
02:59
or field robots.
61
179160
1200
или полеви роботи.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
Голямата цел тук е да черпим идеи от животните,
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
за да създадем роботи, справящи се със сложен терен -
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
стълби, планини, гори,
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
места, където роботите още имат проблеми
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
и където животните се справят много по-добре.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Роботът може да е също и прекрасен научен инструмент.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Има някои много хубави проекти, в които се използват роботи като
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
научни инструменти в невробиологията, биомеханиката, хидродинамиката.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
И точно това е целта на Плюробота.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
В лабораторията ми си сътрудничим с невробиолози
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
като Жан-Мари Кабелген, невробиолог в Бордо, Франция
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
и искаме да създадем образци на гръбначен мозък, които да утвърдим върху роботи.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
Искаме да започнем с нещо просто.
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
Хубаво е да е с просто устроени животни
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
като миногите, които са много примитивни риби
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
и после постепенно да вървим към по-сложно движение
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
като при саламандрите,
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
а също и при котките и хората,
03:45
in mammals.
80
225720
1200
при бозайниците.
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
Тук роботът се превръща в интересен инструмент
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
за утвърждаване на моделите ни.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Всъщност, за мен Плюроботът е нещо като сбъдната мечта.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Преди около 20 години вече работех на компютър и
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
правех симулации на движението на миногите и саламандъра
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
по време на докторантурата си.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Но винаги съм знаел, че симулациите ми са просто приближения.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Да симулираш физика във вода или в кал, или на сложен терен -
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
много е трудно да се симулира вярно това на компютър.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Защо да нямам истински робот и реална физика?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Измежду всички животни един от любимците ми е саламандърът.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Може да попитате защо - защото е земноводно и
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
наистина е важен от еволюционна гледна точка.
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
Той е чудесна връзка между плуването
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
при змиорките или рибите
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
и движението на четириногите, каквото е при бозайниците, котките и хората.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
Всъщност съвременният саламандър
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
е много близък до първите земни гръбначни,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
той е едва ли не живо изкопаемо,
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
което ни свързва с праотците ни,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
предшествениците на всички земни четириноги.
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
Саламандърът плува
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
чрез т.нар. плуваща походка на змиорка -
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
вълна от мускулна активност се разпространява от главата до опашката.
04:53
And if you place the salamander on the ground,
105
293440
2176
Ако сложите саламандъра на земята,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
той минава към т.нар. подтичваща походка.
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
В този случай имаме периодично активиране на крайниците,
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
които много добре се координират
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
с вълнообразното движение на изправеното тяло
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
и точно тази походка виждате тук при Плюробота.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Всъщност, изненадващ и удивителен е
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
фактът, че всичко това може да се генерира само от гръбначния мозък и тялото.
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
Т.е. ако вземем саламандър без церебрална функция -
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
не е приятно, но махаме главата -
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
и ако стимулираме с електричество гръбначния мозък,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
леката стимулация ще предизвика ходеща походка.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Ако стимулираме малко повече, походката се ускорява.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
И в един момент стигаме до прага
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
и животното автоматично преминава към плуване.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
Това е поразително.
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Промяна само на глобалния импулс,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
като натискане на педала на газта
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
на низходящата модулация към гръбначния мозък,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
предизвиква пълно превключване между две много различни походки.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
На практика същото се наблюдава и при котките.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Ако стимулирате гръбначния мозък на котка,
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
може да превключвате между ходене, подтичване и галоп.
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
Или при птиците - може да накарате птица да премине от ходене
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
при лека стимулация
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
към пляскане с криле при силна стимулация.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Това наистина показва, че гръбначният мозък
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
е много усъвършенстван контрольор на движението.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Изучихме по-подробно движението на саламандъра,
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
на практика имахме достъп до много добър видео рентген
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
при професор Мартин Фишер от Университета Йена в Германия.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
Благодарение на това, наистина имахме удивителна машина
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
да записва всички движения на костите с големи подробности.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Това и направихме.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
В общи линии решихме кои кости са важни за нас
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
и се сдобихме с движението им в 3D.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Събрахме цяла база данни с движения,
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
на земята и във водата, за да
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
се сдобием реално с база данни с двигателни поведения,
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
които едно истинско животно може да има.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
После работата ни като създатели на роботи бе да я копираме в нашия робот.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
Направихме пълен оптимизационен процес, за да намерим вярната структура,
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
къде да поставим моторите, как да ги свържем,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
така че да могат да повторят движенията възможно най-добре.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Ето как се роди Плюроботът.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Да видим колко се доближава до истинското животно.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Тук виждате почти пряко сравнение
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
на походките на истинския саламандър и Плюробота.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Виждате, че имаме сходство почти едно към едно
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
в походката.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Ако върнете бавно назад, ще го видите по-добре.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Но дори още по-добре се справяме с плуването.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Затова имаме сух костюм, в който обличаме робота,
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Смях)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
после влизаме във водата и повтаряме плуващите походки.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Тук сме много щастливи, защото това се постига трудно.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
Физиката на взаимодействието е сложна.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Роботът ни е много по-голям от малкo животинче,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
затова трябваше да направим т.нар. динамично мащабиране на честотите,
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
за да сме сигурни, че имаме същата физика на взаимодействие.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Както виждате, накрая имаме много близко подобие
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
и това ни прави много, много щастливи.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Да разгледаме гръбначния мозък.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Това, което направихме тук с Жан-Мари Кабелген
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
е да моделираме веригите на гръбначния мозък.
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
Интересното е, че саламандърът
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
е запазил много примитивна верига,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
която доста прилича на тази на миногите,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
онези примитивни риби, подобни на змиорки
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
и изглежда, че с еволюцията
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
са прибавени нови невронни осцилатори да управляват крайниците
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
и да движат краката.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Ние знаем къде са новите невронни осцилатори,
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
но направихме математически модел, за да
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
видим как трябва да се комбинират,
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
за да позволят прехода между двете много различни походки.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
Проверихме това върху робот.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Ето как изглежда той.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Тук виждате по-старо поколение Плюробот,
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
който изцяло се управлява от нашия модел гръбначен мозък,
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
програмиран върху робота.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Единственото, което правим
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
е да пращаме на робота дистанционно
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
двата низходящи сигнала, които той обичайно трябва да получи
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
от по-висшите части на мозъка.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Интересното е, че играейки си с тези сигнали,
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
можем напълно да контролираме скоростта, посоката и походката.
08:41
For instance,
192
521600
1216
Например,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
когато стимулираме слабо, предизвикваме ходещата походка
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
и в един момент, ако стимулираме силно,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
много бързо превключваме към плуваща походка.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
И накрая, можем да превключим много гладко
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
само като стимулираме повече едната страна на гръбначния мозък.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Мисля, че е истински красив
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
начинът, по който природата е разпределила контрола,
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
давайки голяма отговорност на гръбначния мозък,
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
така че висшата част на мозъка да не трябва да се тревожи за всеки мускул.
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
Тя отговаря само за модулацията на високо ниво
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
и е работа на гръбначния мозък да координира всички мускули.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Сега да преминем към движението при котките и значението на биомеханиката.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Това е друг проект,
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
в който изучавахме биомеханиката на котката
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
и искахме да разберем доколко морфологията подпомага движението.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
И открихме три важни критерия при свойствата,
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
основно на крайниците.
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Първият е, че един котешки крайник
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
малко или повече има структурата на пантограф.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
Пантографът е механична структура,
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
която запазва горния и долните сегменти винаги успоредни.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Проста геометрична система, която един вид координира малко
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
вътрешното движение на сегментите.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
Второто свойство на котешките крайници е, че са много леки.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
Повечето мускули са в трупа,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
което е добра идея, защото тогава крайниците имат слаба инертност
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
и могат да се движат много бързо.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
Последното важно свойство е голямата гъвкавост на котешкия крайник,
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
за да се справя с въздействия и сили.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Така проектирахме Гепардчето.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Да поканим Гепардчето на сцената.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
Питър Екърт прави докторската си дисертация с този робот
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
и както виждате, той е сладък малък робот.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Прилича малко на играчка,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
но го използвахме като научен инструмент,
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
за да проучим свойствата на краката на котката.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Виждате, много е податлив, много лек,
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
а също и много гъвкав,
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
така че лесно можете да го натиснете без да се счупи.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Всъщност, само ще подскочи.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Голямата гъвкавост като свойство също е много важна.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Виждате също и свойствата
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
на тези три сегмента на крака като пантограф.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Интересното е, че тази доста динамична походка
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
се придобива само при отворена верига,
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
което означава без сензори, без сложни вериги за обратна връзка.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
Интересно е, защото означава,
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
че само механиката вече е стабилизирала тази доста бърза походка
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
и че истински добрата механика вече съществено опростява движението.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
До такава степен, че можем дори да нарушим малко движението,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
както ще видите в следващото видео,
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
например като правим упражнения, караме робота да слезе едно стъпало надолу
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
и роботът няма да падне,
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
което беше изненада за нас.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
Това е малкo смущение.
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Очаквах роботът веднага да падне,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
защото няма сензори и бърза верига за обратна връзка.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Но не, механиката сама стабилизира походката
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
и роботът не падна.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Очевидно, ако направим по-голяма стъпка и имаме препятствия,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
ни трябват веригите за пълен контрол, рефлексите и всичко останало.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Но важното тук е, че при малко смущение,
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
механиката е наред.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
И мисля, че това е много важно послание
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
от биомеханиката и роботиката към невробиологията -
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
не подценявайте степента, в която тялото вече помага на движението.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Как се отнася това до движението при хората?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Ясно е, че човешките движения са по-сложни от тези на котката и саламандъра,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
но в същото време нервната система на хората много прилича
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
на тази при другите гръбначни.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
Специално гръбначният мозък
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
също е основният контрольор на движението при хората.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Затова, ако има увреждане на гръбначния мозък,
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
то има драматични последствия.
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
Човек може да се парализира от кръста надолу или всичките му крайници.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Така е , защото мозъкът губи комуникацията си
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
с гръбначния мозък.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
По-точно той губи низходящата модулация
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
да инициира и модулира движение.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Важна цел на невропротезирането е
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
да може да възстанови тази комуникация,
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
използвайки електрически или химически стимулации.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Има няколко екипа в света, които правят точно това,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
особено в EPFL.
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
Колегите ми Грегоар Куртин и Силвестро Мичера,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
с които си сътрудничим.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Но за да направим това успешно, е много важно да разберем
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
как работи гръбначният мозък,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
как си взаимодейства с тялото
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
и как мозъкът общува с гръбначния мозък.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
Точно тук роботите и моделите, които представих днес,
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
надявам се, ще играят важна роля
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
за постигането на тези много важни цели.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Благодаря ви.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Аплодисменти)
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots
288
784100
2636
Б.Джусани: Ауке, виждал съм в лабораторията ти роботи
13:06
that do things like swim in pollution
289
786760
2456
да правят неща като плуване в замърсена среда
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
и измерване на замърсяването, докато плуват.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Но за този
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
ти спомена в беседата си като страничен проект
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
търсене и спасяване
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
и той има камера на носа си.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Ауке Ишпеерт: Точно така. Роботът...
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
Имаме странични проекти,
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
в които искаме да използваме роботите за търсене и спасяване,
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
затова този робот сега те вижда.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
Голямата ни мечта е при трудна ситуация,
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
като рухнала сграда или наводнена сграда,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
когато е много опасно за спасителен екип и дори за кучета-спасители,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
защо да не изпратим робот, който може да пълзи, плува, ходи
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
с камера в себе си, за да проучи и идентифицира оцелелите и
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
по възможност да създаде комуникационна връзка с оцелелия.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
305
829240
3576
БД: Разбира се, ако оцелелите не се изплашат от формата на това.
13:52
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
832840
3296
АИ: Да, може би трябва да променим малко външния вид,
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
защотo, опасявам се, оцелелият може да умре от инфаркт
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
само от тревога, че това ще го изяде.
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
Но с промяна на външния вид и като го направим по-здрав,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
сигурен съм, можем да го превърнем в добър инструмент.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
БД: Благодаря ти много. На теб и на твоя екип.
Относно този уебсайт

Този сайт ще ви запознае с видеоклипове в YouTube, които са полезни за изучаване на английски език. Ще видите уроци по английски език, преподавани от първокласни учители от цял свят. Кликнете два пъти върху английските субтитри, показани на всяка страница с видеоклипове, за да възпроизведете видеото оттам. Субтитрите се превъртат в синхрон с възпроизвеждането на видеото. Ако имате някакви коментари или искания, моля, свържете се с нас, като използвате тази форма за контакт.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7