How we'll become cyborgs and extend human potential | Hugh Herr

Übersetzung: Andreas Herzog Lektorat: Johannes Duschner

Ich bin ein MIT-Professor,

I'm an MIT professor,

but I do not design buildings or computer systems.

aber ich entwerfe keine Gebäude oder Computersysteme.

Rather, I build body parts,

Ich baue Körperteile,

bionic legs that augment human walking and running.

bionische Beine, die das Gehen und Laufen unterstützen.

In 1982, I was in a mountain-climbing accident,

1982 hatte ich einen Bergsteigerunfall

and both of my legs had to be amputated due to tissue damage from frostbite.

und beide Beine mussten aufgrund von Erfrierungen amputiert werden.

Here, you can see my legs:

Hier sieht man meine Beine:

24 sensors, six microprocessors and muscle-tendon-like actuators.

24 Sensoren, sechs Mikroprozessoren und muskelsehnenartige Aktuatoren.

I'm basically a bunch of nuts and bolts from the knee down.

Ich bin im Grunde vom Knie abwärts ein Haufen Schrauben und Muttern.

But with this advanced bionic technology,

Aber mit dieser fortschrittlichen bionischen Technologie

I can skip, dance and run.

kann ich springen, tanzen und rennen.

(Applause)

(Beifall)

Thank you.

Vielen Dank.

(Applause)

(Beifall)

I'm a bionic man, but I'm not yet a cyborg.

Ich bin ein bionischer Mann, aber noch kein Cyborg.

When I think about moving my legs,

Wenn ich daran denke, meine Beine zu bewegen,

neural signals from my central nervous system

laufen von meinem Zentralnervensystem neurale Signale durch meine Nerven

pass through my nerves

and activate muscles within my residual limbs.

und aktivieren Muskeln in meinen Restgliedmaßen.

Artificial electrodes sense these signals,

Künstliche Elektroden spüren diese Signale

and small computers in the bionic limb

und kleine Computer im bionischen Bein

decode my nerve pulses into my intended movement patterns.

übersetzen meine Nervenimpulse in meine beabsichtigten Bewegungen.

Stated simply,

Einfach gesagt,

when I think about moving,

wenn ich über das Bewegen nachdenke,

that command is communicated to the synthetic part of my body.

wird der Befehl dem synthetischen Teil meines Körpers mitgeteilt.

However, those computers can't input information into my nervous system.

Jedoch können diese Computer keine Signale in mein Nervensystem einspeisen.

When I touch and move my synthetic limbs,

Berühre und bewege ich meine künstlichen Gliedmaßen,

I do not experience normal touch and movement sensations.

erlebe ich keine normalen Berührungs- und Bewegungsempfindungen.

If I were a cyborg and could feel my legs

Wäre ich ein Cyborg und könnte meine Beine über kleine Computer fühlen,

via small computers inputting information into my nervous system,

die Informationen in mein Nervensystem einspeisen,

it would fundamentally change, I believe,

würde sich meine Beziehung

my relationship to my synthetic body.

zu meinem synthetischen Körper grundlegend verändern.

Today, I can't feel my legs,

Heute kann ich meine Beine nicht fühlen,

and because of that,

und deshalb sind meine Beine

my legs are separate tools from my mind and my body.

von meinem Verstand und meinem Körper getrennte Werkzeuge.

They're not part of me.

Sie sind kein Teil von mir.

I believe that if I were a cyborg and could feel my legs,

Wäre ich ein Cyborg und könnte meine Beine fühlen,

they would become part of me, part of self.

würden sie ein Teil von mir, Teil meines Selbst, werden.

At MIT, we're thinking about NeuroEmbodied Design.

Am MIT entwickeln wir NeuroEmbodied Design.

In this design process,

In diesem Design-Prozess entwirft der Designer

zusammen mit synthetischen Teilen

the designer designs human flesh and bone, the biological body itself,

menschliches Fleisch und Knochen, den biologischen Körper selbst,

along with synthetics to enhance the bidirectional communication

um die bidirektionale Kommunikation zwischen dem Nervensystem

between the nervous system and the built world.

und der gebauten Umwelt zu verbessern.

NeuroEmbodied Design is a methodology to create cyborg function.

NeuroEmbodied Design ist eine Methodik zum Erzeugen von Cyborg-Funktionalität.

In this design process, designers contemplate a future

Im Entwurfsprozess denken Designer über eine Zukunft nach,

in which technology no longer compromises separate,

in der die Technologie nicht länger

aus unabhängigen, leblosen Werkzeugen unseres Geistes und Körpers besteht,

lifeless tools from our minds and our bodies,

a future in which technology has been carefully integrated

über eine Zukunft,

in der Technologie sorgfältig in unsere Natur integriert wurde.

within our nature,

a world in which what is biological and what is not,

Eine Welt,

in der Biologisches und Abiologisches, Menschliches und Nicht-Menschliches,

what is human and what is not,

what is nature and what is not

Natur und Künstliches für immer verwischt sein werden.

will be forever blurred.

That future will provide humanity new bodies.

Diese Zukunft wird der Menschheit neue Körper bieten.

NeuroEmbodied Design will extend our nervous systems

NeuroEmbodied Design wird unser Nervensystem

into the synthetic world,

und die synthetische Welt miteinander verzahnen

and the synthetic world into us,

fundamentally changing who we are.

und so im Grunde ändern, wer wir sind.

By designing the biological body to better communicate

Durch Gestalten des biologischen Körpers

zur besseren Kommunikation mit der errichteten Entwurfswelt

with the built design world,

humanity will end disability in this 21st century

wird die Menschheit die Behinderung im 21. Jahrhundert beenden,

and establish the scientific and technological basis

die wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen

for human augmentation,

für die menschliche Augmentation schaffen

extending human capability beyond innate, physiological levels,

und die menschlichen Fähigkeiten über die angeborene Physiologie hinaus

cognitively, emotionally and physically.

kognitiv, emotional und physisch erweitern.

There are many ways in which to build new bodies across scale,

Es gibt viele Möglichkeiten, neue Körper aufzubauen,

from the biomolecular to the scale of tissues and organs.

von molekularer bis hin zur Gewebs- und Organebene.

Today, I want to talk about one area of NeuroEmbodied Design,

Heute möchte ich über einen Bereich von NeuroEmbodied Design sprechen,

in which the body's tissues are manipulated and sculpted

bei dem mittels chirurgischer und regenerativer Prozessen

using surgical and regenerative processes.

das Gewebe des Körpers beeinflusst und geformt wird.

The current amputation paradigm

Seit dem US-amerikanischen Bürgerkrieg

hasn't changed fundamentally since the US Civil War

hat sich das jetzige Amputationsparadigma nicht grundlegend geändert

and has grown obsolete in light of dramatic advancements

und angesichts dramatischer Fortschritte bei Aktuatoren, Steuerungssystemen

in actuators, control systems and neural interfacing technologies.

und neuralen Verbindungstechnologien ist es obsolet geworden.

A major deficiency is the lack of dynamic muscle interactions

Ein Hauptmangel ist das Fehlen dynamischer Muskelinteraktionen

for control and proprioception.

zur Steuerung und Propriozeption.

What is proprioception?

Was ist Propriozeption?

When you flex your ankle, muscles in the front of your leg contract,

Wenn Sie Ihren Knöchel beugen, kontrahieren die Muskeln am Schienbein

simultaneously stretching muscles in the back of your leg.

und dehnen gleichzeitig die Muskeln Ihrer Wade.

The opposite happens when you extend your ankle.

Das Gegenteil passiert, wenn Sie Ihren Knöchel strecken.

Here, muscles in the back of your leg contract,

Dann kontrahieren die Muskeln in der Wade und strecken sich Muskeln vorne.

stretching muscles in the front.

When these muscles flex and extend,

Wenn Muskeln sich beugen und strecken,

biological sensors within the muscle tendons

senden biologische Sensoren im Muskel

send information through nerves to the brain.

Informationen durch die Nerven zum Gehirn.

This is how we're able to feel where our feet are

So können wir fühlen, wo unsere Füße sind,

without seeing them with our eyes.

ohne sie mit unseren Augen zu sehen.

The current amputation paradigm breaks these dynamic muscle relationships,

Das aktuelle Amputationsparadigma ruiniert diese dynamischen Muskelbeziehungen

and in so doing eliminates normal proprioceptive sensations.

und eliminiert dabei normale propriozeptive Empfindungen.

Consequently, a standard artificial limb

Folglich kann eine Standardprothese

cannot feed back information into the nervous system

keine Informationen darüber in das Nervensystem rückkoppeln,

about where the prosthesis is in space.

wo sich die Prothese im Raum befindet.

The patient therefore cannot sense and feel

Der Patient kann daher die Positionen und Bewegungen der Prothese

the positions and movements of the prosthetic joint

nicht wahrnehmen und fühlen, ohne sie zu sehen.

without seeing it with their eyes.

My legs were amputated using this Civil War-era methodology.

Meine Beine wurden mit dieser Methode aus der Bürgerkriegsära amputiert.

I can feel my feet, I can feel them right now

Ich kann meine Füße fühlen,

ich kann sie genau jetzt als Phantomempfindung spüren.

as a phantom awareness.

But when I try to move them, I cannot.

Aber will ich sie bewegen, geht das nicht.

It feels like they're stuck inside rigid ski boots.

Es fühlt sich an, als steckten sie in starren Skistiefeln.

To solve these problems,

Um diese Probleme zu lösen, erfanden wir am MIT

at MIT, we invented the agonist-antagonist myoneural interface,

das "agonist-antagonist myoneural Interface" (AMI).

or AMI, for short.

The AMI is a method to connect nerves within the residuum

Die AMI-Methode verbindet im verbliebenen Gliedmaß

Nerven mit einer externen, bionischen Prothese.

to an external, bionic prosthesis.

How is the AMI designed, and how does it work?

Wie ist das AMI gestaltet und wie funktioniert es?

The AMI comprises two muscles that are surgically connected,

Das AMI besteht aus zwei Muskeln,

einem Agonisten und einem Antagonisten, die operativ verbunden sind.

an agonist linked to an antagonist.

When the agonist contracts upon electrical activation,

Kontrahiert sich der Agonist nach elektrischer Aktivierung,

it stretches the antagonist.

dehnt sich der Antagonist.

This muscle dynamic interaction

Die muskeldynamische Interaktion bewirkt,

causes biological sensors within the muscle tendon

dass biologische Sensoren im Muskel

to send information through the nerve to the central nervous system,

Informationen zur Länge der Muskelsehne, zur Geschwindigkeit und Kraft des Muskels

relating information on the muscle tendon's length, speed and force.

an das zentrale Nervensystem senden,

This is how muscle tendon proprioception works,

So funktioniert die Propriozeption der Muskelsehnen.

and it's the primary way we, as humans,

Es ist die primäre Art, wie wir als Menschen

can feel and sense the positions, movements and forces on our limbs.

Positionen, Bewegungen und Kräfte auf unseren Gliedmaßen fühlen können.

When a limb is amputated,

Wenn ein Bein amputiert wird,

the surgeon connects these opposing muscles within the residuum

verbindet der Chirurg diese gegenüberliegenden Muskeln,

to create an AMI.

um ein AMI zu erzeugen.

Now, multiple AMI constructs can be created

Für die Steuerung und das Empfinden von mehrteiligen Gelenkprothesen

for the control and sensation of multiple prosthetic joints.

können mannigfache AMI-Gebilde geschaffen werden.

Artificial electrodes are then placed on each AMI muscle,

Künstliche Elektroden werden dann auf jedem AMI-Muskel platziert

and small computers within the bionic limb decode those signals

und kleine Computer im bionischen Teil entschlüsseln diese Signale,

to control powerful motors on the bionic limb.

um an der bionischen Extremität starke Motoren zu steuern.

When the bionic limb moves,

Wenn sich das bionische Bein bewegt,

the AMI muscles move back and forth,

bewegen sich die AMI-Muskeln hin und her

sending signals through the nerve to the brain,

und senden Signale an das Gehirn,

enabling a person wearing the prosthesis to experience natural sensations

wodurch die Person mit der Prothese

natürliche Empfindungen von Positionen und Bewegungen der Prothese erfährt.

of positions and movements of the prosthesis.

Can these tissue-design principles be used in an actual human being?

Können diese Prinzipien des Gewebedesigns bei einem Menschen eingesetzt werden?

A few years ago, my good friend Jim Ewing -- of 34 years --

Vor ein paar Jahren hat mich mein guter, 34-jähriger Freund Jim Ewing

reached out to me for help.

um Hilfe gebeten.

Jim was in an a terrible climbing accident.

Jim hatte einen furchtbaren Kletterunfall.

He fell 50 feet in the Cayman Islands

Er ist auf den Cayman Islands 15 Meter tief gefallen,

when his rope failed to catch him hitting the ground's surface.

als sein Seil ihn nicht halten konnte und er auf dem Boden aufschlug.

He suffered many, many injuries:

Er erlitt sehr viele Verletzungen:

punctured lungs and many broken bones.

Punktierte Lunge und viele Knochenbrüche.

After his accident, he dreamed of returning to his chosen sport

Nach seinem Unfall träumte er davon, wieder Bergsteigen zu können.

of mountain climbing,

but how might this be possible?

Aber wie könnte das möglich sein?

The answer was Team Cyborg,

Die Antwort war Team Cyborg,

a team of surgeons, scientists and engineers

ein Team von Chirurgen, Wissenschaftlern und Ingenieuren,

assembled at MIT to rebuild Jim back to his former climbing prowess.

die am MIT versammelt wurden, um Jim wieder das Klettern zu ermöglichen.

Team member Dr. Matthew Carty amputated Jim's badly damaged leg

Teammitglied Dr. Matthew Carty amputierte Jims schwer beschädigtes Bein

at Brigham and Women's Hospital in Boston,

mit dem AMI-Chirurgie-Verfahren am Brigham and Women's Hospital in Boston.

using the AMI surgical procedure.

Tendon pulleys were created and attached to Jim's tibia bone

Ringbänder wurden erstellt und an Jims Schienbein befestigt,

to reconnect the opposing muscles.

um die gegenüberliegenden Muskeln wieder zu verbinden.

The AMI procedure reestablished the neural link

Das AMI-Verfahren stellte die neurale Verbindung

between Jim's ankle-foot muscles and his brain.

zwischen Jims Knöchel-Fuß-Muskeln und seinem Gehirn wieder her.

When Jim moves his phantom limb,

Wenn Jim sein Phantombein bewegt,

the reconnected muscles move in dynamic pairs,

bewegen sich die so verbundenen Muskeln in dynamischen Paaren

causing signals of proprioception to pass through nerves to the brain,

und erzeugen Signale der Propriozeption, die über die Nerven zum Gehirn gelangen.

so Jim experiences normal sensations with ankle-foot positions and movements,

Und so erlebt Jim normale Empfindungen von Knöchel-Fuß-Positionen und Bewegungen,

even when blindfolded.

selbst mit verbundenen Augen.

Here's Jim at the MIT laboratory after his surgeries.

Nach seinen Operationen ist Jim hier im MIT-Labor.

We electrically linked Jim's AMI muscles, via the electrodes,

Über die Elektroden verknüpften wir Jims AMI-Muskeln elektrisch

to a bionic limb,

mit einem bionischen Bein,

and Jim quickly learned how to move the bionic limb

und Jim lernte schnell, wie man das bionische Bein

in four distinct ankle-foot movement directions.

in vier verschiedenen Knöchel-Fuß- Bewegungsrichtungen bewegt.

We were excited by these results, but then Jim stood up,

Wir waren schon davon begeistert, aber dann stand Jim auf,

and what occurred was truly remarkable.

und was geschah, war wirklich bemerkenswert.

All the natural biomechanics mediated by the central nervous system

Alle natürlichen Biomechaniken, die vom zentralen Nervensystem kommen,

emerged via the synthetic limb

ergaben sich über die Prothese als unwillkürliche, reflexive Handlung.

as an involuntary, reflexive action.

All the intricacies of foot placement during stair ascent --

Alle Feinheiten der Fußplatzierung während des Treppenaufgangs --

(Applause)

(Beifall)

emerged before our eyes.

erschienen vor unseren Augen.

Here's Jim descending steps,

Hier geht Jim Stufen hinunter,

reaching with his bionic toe to the next stair tread,

greift mit seinem bionischen Zeh zur nächsten Stufe

automatically exhibiting natural motions

und zeigt ganz automatisch natürliche Bewegungen,

without him even trying to move his limb.

ohne dass er versucht, seine Gliedmaßen zu bewegen.

Because Jim's central nervous system is receiving the proprioceptive signals,

Weil Jims Zentralnervensystem die propriozeptiven Signale empfängt,

it knows exactly how to control the synthetic limb in a natural way.

kann es das synthetische Bein auf natürliche Weise genau kontrollieren.

Now, Jim moves and behaves as if the synthetic limb is part of him.

Jetzt bewegt sich Jim und benimmt sich, als wäre die Prothese ein Teil von ihm.

For example, one day in the lab,

Zum Beispiel trat er eines Tages

he accidentally stepped on a roll of electrical tape.

im Labor versehentlich auf eine Rolle Isolierband.

Now, what do you do when something's stuck to your shoe?

Was tun Sie, wenn etwas an Ihrem Schuh klebt?

You don't reach down like this; it's way too awkward.

Man bückt sich nicht runter; das ist viel zu unbequem.

Instead, you shake it off,

Stattdessen schüttelt man es ab,

and that's exactly what Jim did

und genau das tat Jim,

after being neurally connected to the limb for just a few hours.

nachdem er erst seit ein paar Stunden neural mit dem Bein verbunden war.

What was most interesting to me

Am interessantesten war für mich,

is what Jim was telling us he was experiencing.

als Jim uns erzählte, was er empfand.

He said, "The robot became part of me."

Er sagte: "Der Roboter wurde ein Teil von mir."

Jim Ewing: The morning after the first time I was attached to the robot,

Jim Ewing: Am Morgen nach dem ersten Mal, als ich am Roboter angeschlossen war,

my daughter came downstairs and asked me how it felt to be a cyborg,

kam meine Tochter runter und fragte mich, wie es sich anfühlte, ein Cyborg zu sein,

and my answer was that I didn't feel like a cyborg.

und meine Antwort war, dass ich mich nicht wie ein Cyborg fühlte.

I felt like I had my leg,

Es war, als hätte ich mein Bein,

and it wasn't that I was attached to the robot

und ich war nicht so sehr an den Roboter angeschlossen,

so much as the robot was attached to me,

wie der Roboter an mich,

and the robot became part of me.

und der Roboter wurde ein Teil von mir.

It became my leg pretty quickly.

Er wurde ziemlich schnell mein Bein.

Hugh Herr: Thank you.

Hugh Herr: Danke.

(Applause)

(Beifall)

By connecting Jim's nervous system bidirectionally

Indem wir Jims Nervensystem bidirektional mit seinem künstlichen Bein verbanden,

to his synthetic limb,

neurological embodiment was achieved.

bewirkte es eine neurologische Verkörperlichung.

I hypothesized that because Jim can think and move his synthetic limb,

Vermutlich weil Jim sein künstliches Bein mitdenken und bewegen kann

and because he can feel those movements within his nervous system,

und weil er diese Bewegungen in seinem Nervensystem fühlen kann,

the prosthesis is no longer a separate tool,

ist die Prothese nicht mehr ein gesondertes Hilfsmittel,

but an integral part of Jim, an integral part of his body.

sondern ein integraler Bestandteil von Jim und seinem Körper.

Because of this neurological embodiment, Jim doesn't feel like a cyborg.

Wegen der neurologischen Verkörperlichung fühlt sich Jim nicht wie ein Cyborg.

He feels like he just has his leg back,

Er fühlt sich, als hätte er sein Bein zurück,

that he has his body back.

als hätte er seinen Körper zurück.

Now I'm often asked

Jetzt werde ich oft gefragt,

when I'm going to be neurally linked to my synthetic limbs bidirectionally,

wann ich mich mit meinen Prothesen neural bidirektional verbinden lasse,

when I'm going to become a cyborg.

wann ich ein Cyborg werden will.

The truth is, I'm hesitant to become a cyborg.

Die Wahrheit ist, ich zögere, ein Cyborg zu werden.

Before my legs were amputated, I was a terrible student.

Bevor meine Beine amputiert wurden, war ich ein schrecklicher Schüler.

I got D's and often F's in school.

Ich bekam in der Schule Fünfen und oft Sechsen.

Then, after my limbs were amputated,

Nachdem meine Glieder amputiert wurden,

I suddenly became an MIT professor.

wurde ich plötzlich ein MIT-Professor.

(Laughter)

(Lachen)

(Applause)

(Beifall)

Now I'm worried that once I'm neurally connected to my limbs once again,

Ich befürchte, sobald ich wieder neural mit meinen Beinen verbunden bin,

my brain will remap back to its not-so-bright self.

wird mein Gehirn wieder zu seinem nicht so hellen Selbst zurückkehren.

(Laughter)

(Lachen)

But you know what, that's OK, because at MIT, I already have tenure.

Aber wissen Sie, das ist okay, denn ich bin am MIT schon fest angestellt.

(Laughter)

(Lachen)

(Applause)

(Beifall)

I believe the reach of NeuroEmbodied Design

Ich glaube, die Reichweite von NeuroEmbodied Design

will extend far beyond limb replacement

wird weit über den Ersatz von Gliedmaßen hinausreichen

and will carry humanity into realms

und die Menschheit in Bereiche führen,

that fundamentally redefine human potential.

die das menschliche Potenzial grundlegend neu definieren.

In this 21st century,

In diesem 21. Jahrhundert

designers will extend the nervous system into powerfully strong exoskeletons

werden Designer das Nervensystem mit kraftvollen Exoskeletten verbinden,

that humans can control and feel with their minds.

die der Mensch mit seinen Gedanken steuern und fühlen kann.

Muscles within the body can be reconfigured

Die Muskeln im Körper können umgestaltet werden,

for the control of powerful motors,

um starke Motoren zu steuern,

and to feel and sense exoskeletal movements,

exoskeletale Bewegungen zu fühlen,

augmenting humans' strength, jumping height and running speed.

und die menschliche Stärke, Sprunghöhe und Laufgeschwindigkeit zu erhöhen.

In this 21st century, I believe humans will become superheroes.

In diesem 21. Jahrhundert werden Menschen zu Superhelden.

Humans may also extend their bodies

Menschen können ihre Körper auch um nicht-anthropomorphe Strukturen

into non-anthropomorphic structures, such as wings,

wie z. B. Flügel erweitern

controlling and feeling each wing movement within the nervous system.

und jede Flügelbewegung im Nervensystem fühlen.

Leonardo da Vinci said, "When once you have tasted flight,

Leonardo da Vinci sagte: "Wenn du das Fliegen einmal erlebt hast,

you will forever walk the earth with your eyes turned skyward,

wirst du für immer auf Erden wandeln, mit deinen Augen himmelwärts gerichtet,

for there you have been and there you will always long to return."

denn dort bist du gewesen und dort wird es dich immer wieder hinziehen."

During the twilight years of this century,

Gegen Ende dieses Jahrhunderts,

I believe humans will be unrecognizable in morphology and dynamics

sind Menschen in Morphologie und Dynamik, verglichen mit dem, wie wir heute sind,

from what we are today.

nicht wiederzuerkennen.

Humanity will take flight and soar.

Die Menschheit wird fliegen und sich in die Höhe schwingen.

Jim Ewing fell to earth and was badly broken,

Jim Ewing fiel auf die Erde und war schwer verletzt,

but his eyes turned skyward, where he always longed to return.

aber seine Augen wanderten zum Himmel, wo er sich immer hinsehnte.

After his accident, he not only dreamed to walk again,

Nach seinem Unfall träumte er nicht nur, wieder gehen zu können,

but also to return to his chosen sport of mountain climbing.

sondern auch davon, zu seinem geliebten Bergsteigen zurückzukehren.

At MIT, Team Cyborg built Jim a specialized limb for the vertical world,

Am MIT baute Team Cyborg Jim ein Bein für die vertikale Welt,

a brain-controlled leg with full position and movement sensations.

ein hirngesteuertes mit vollen Positions- und Bewegungsempfindungen.

Using this technology, Jim returned to the Cayman Islands,

Mit dieser Technologie

kehrte Jim zu den Cayman Islands, dem Ort seines Unfalls, zurück,

the site of his accident,

rebuilt as a cyborg to climb skyward once again.

um als ein wiedererbauter Cyborg erneut in den Himmel zu klettern.

(Crashing waves)

(Brechende Wellen)

(Applause)

(Beifall)

Thank you.

Vielen Dank.

(Applause)

(Beifall)

Ladies and gentlemen, Jim Ewing, the first cyborg rock climber.

Meine Damen und Herren, Jim Ewing, der erste Cyborg-Bergsteiger.

(Applause)

(Beifall)