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

Μετάφραση: Nikolaos Benias Επιμέλεια: Helena Galani

This is Pleurobot.

Αυτό είναι το Pleurobot.

Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species

Είναι ένα ρομπότ που σχεδιάστηκε να μιμείται πιστά ένα είδος σαλαμάνδας

called Pleurodeles waltl.

που ονομάζεται Pleurodeles waltl.

Pleurobot can walk, as you can see here,

Το Pleurobot μπορεί να περπατήσει, όπως βλέπετε,

and as you'll see later, it can also swim.

και όπως θα δείτε αργότερα, να κολυμπήσει.

So you might ask, why did we design this robot?

Ίσως αναρωτηθείτε γιατί σχεδιάσαμε αυτό το ρομπότ;

And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.

Έχει σχεδιαστεί ως επιστημονικό εργαλείο για τη νευροεπιστήμη.

Indeed, we designed it together with neurobiologists

Πράγματι, το σχεδιάσαμε μαζί με νευροβιολόγους

to understand how animals move,

για να κατανοήσουμε πώς κινούνται τα ζώα

and especially how the spinal cord controls locomotion.

και ειδικά πώς ο νωτιαίος μυελός ελέγχει τη μετακίνηση.

But the more I work in biorobotics,

Όσο περισσότερο εργάζομαι στη βιορομποτική,

the more I'm really impressed by animal locomotion.

τόσο περισσότερο εντυπωσιάζομαι με την κίνηση στα ζώα.

If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,

Αν το σκεφτείτε, το δελφίνι που κολύμπα ή η γάτα που τρέχει ή κάνει άλματα

or even us as humans,

ή ακόμα και εμάς τους ανθρώπους

when you go jogging or play tennis,

όταν κάνουμε τζόκινγκ ή παίζουμε τένις,

we do amazing things.

κάνουμε καταπληκτικά πράγματα.

And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.

Για την ακρίβεια, το νευρικό μας σύστημα λύνει ένα πολύπλοκο πρόβλημα ελέγχου.

It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,

Πρέπει να συντονίσει τέλεια περίπου 200 μύες,

because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.

γιατί αν ο συντονισμός είναι κακός, πέφτουμε ή παραπατάμε.

And my goal is to understand how this works.

Στόχος μου είναι να καταλάβω πώς λειτουργεί αυτό.

There are four main components behind animal locomotion.

Υπάρχουν τέσσερα βασικά στοιχεία στη μετακίνηση των ζώων.

The first component is just the body,

Το πρώτο στοιχείο είναι απλά το σώμα

and in fact we should never underestimate

και δεν πρέπει ποτέ να υποτιμούμε

to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.

τον βαθμό που η βιο-μηχανική απλοποιεί την κίνηση των ζώων.

Then you have the spinal cord,

Μετά, έχουμε τον νωτιαίο μυελό,

and in the spinal cord you find reflexes,

όπου θα βρούμε τα αντανακλαστικά,

multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop

πολλαπλά αντανακλαστικά φτιάχνουν έναν βρόχο αισθητικο-κινητικού συντονισμού

between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.

μεταξύ νευρικής δραστηριότητας στο νωτιαίο μυελό και μηχανικής δραστηριότητας.

A third component are central pattern generators.

Το τρίτο στοιχείο είναι οι κεντρικές γεννήτριες μοτίβων.

These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals

Αυτές είναι πολύ ενδιαφέροντα κυκλώματα στον νωτιαίο μυελό των σπονδυλωτών ζώων

that can generate, by themselves,

που αυτο-δημιουργούν,

very coordinated rhythmic patterns of activity

πολύ συντονισμένα ρυθμικά πρότυπα δραστηριότητας,

while receiving only very simple input signals.

ενόσω λαμβάνουν πολύ απλά σήματα εισόδου.

And these input signals

Αυτά τα σήματα εισόδου

coming from descending modulation from higher parts of the brain,

έρχονται απ' τη φθίνουσα διαμόρφωση υψηλότερων μερών του εγκεφάλου,

like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,

όπως ο κινητικός φλοιός, η παρεγκεφαλίδα, τα βασικά γάγγλια,

will all modulate activity of the spinal cord

ρυθμίζουν τη δραστηριότητα στον νωτιαίο μυελό

while we do locomotion.

ενόσω μετακινούμαστε.

But what's interesting is to what extent just a low-level component,

Το ενδιαφέρον είναι ο βαθμός και μόνο ενός χαμηλού επιπέδου συστατικού,

the spinal cord, together with the body,

του νωτιαίου μυελού μαζί με το σώμα,

already solve a big part of the locomotion problem.

που λύνει ένα μεγάλο μέρος του προβλήματος κίνησης.

You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,

Πιθανότατα γνωρίζετε ότι αν κόψετε το κεφάλι μιας κότας

μπορεί να τρέξει για λίγο,

it can still run for a while,

showing that just the lower part, spinal cord and body,

αποδεικνύει ότι μόνο το κάτω μέρος, νωτιαίος μυελός και σώμα,

already solve a big part of locomotion.

έχει ήδη λύσει ένα μεγάλο μέρος της μετακίνησης.

Now, understanding how this works is very complex,

Η κατανόηση αυτής της λειτουργίας είναι περίπλοκη,

because first of all,

γιατί πρώτα απ' όλα

recording activity in the spinal cord is very difficult.

η καταγραφή δραστηριότητας νωτιαίου μυελού είναι δύσκολη.

It's much easier to implant electrodes in the motor cortex

Είναι πιο εύκολη η τοποθέτηση ηλεκτρόδιου στον κινητικό φλοιό

than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.

από το νωτιαίο μυελό, επειδή προστατεύεται από τους σπονδύλους.

Especially in humans, very hard to do.

Ειδικά στον άνθρωπο, είναι δύσκολο.

A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex

Η δεύτερη δυσκολία έγκειται στην πολύ περίπλοκη

and very dynamic interaction between these four components.

και δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των τεσσάρων στοιχείων.

So it's very hard to find out what's the role of each over time.

Είναι πολύ δύσκολο να φανεί ποιος είναι ο ρόλος καθενός χρονικά.

This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models

Σε αυτό το σημείο βιορομπότ, όπως το Pleurobot, και μαθηματικά μοντέλα

can really help.

μπορούν πραγματικά να μας βοηθήσουν.

So what's biorobotics?

Τι είναι τα βιορομπότ;

Biorobotics is a very active field of research in robotics

Τα βιορομπότ είναι ένα ενεργό πεδίο έρευνας στη ρομποτική,

where people want to take inspiration from animals

όπου ο άνθρωπος θέλει να εμπνευστεί από τα ζώα

to make robots to go outdoors,

για να περπατήσουν τα ρομπότ,

like service robots or search and rescue robots

όπως τα ρομπότ υπηρεσίας, αναζήτησης και διάσωσης

or field robots.

ή ρομπότ πεδίου.

And the big goal here is to take inspiration from animals

Εδώ ο μεγάλος στόχος είναι η έμπνευση από τα ζώα,

to make robots that can handle complex terrain --

ώστε να περπατούν τα ρομπότ σε σύνθετο έδαφος --

stairs, mountains, forests,

σκάλες, βουνά, δάση,

places where robots still have difficulties

μέρη όπου τα ρομπότ αντιμετωπίζουν δυσκολίες

and where animals can do a much better job.

και όπου τα ζώα κάνουν πολύ καλύτερη δουλειά.

The robot can be a wonderful scientific tool as well.

Το ρομπότ είναι ένα υπέροχο επιστημονικό εργαλείο.

There are some very nice projects where robots are used,

Υπάρχουν μερικά ωραία έργα όπου χρησιμοποιούνται ρομπότ,

like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.

όπως στη νευροεπιστήμη, στη βιο-μηχανική ή στην υδροδυναμική.

And this is exactly the purpose of Pleurobot.

Αυτός είναι ακριβώς ο σκοπός του Pleurobot.

So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists

Στο εργαστήριό μου συνεργαζόμαστε με νευροβιολόγους,

like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,

όπως ο Ζαν-Μαρί Καμπελγκέν, νευροβιολόγος στο Μπορντό της Γαλλίας,

and we want to make spinal cord models and validate them on robots.

για τη δημιουργία μοντέλων νωτιαίου μυελού και την εφαρμογή τους στα ρομπότ.

And here we want to start simple.

Θέλουμε κάτι απλό.

So it's good to start with simple animals

Έτσι ξεκινάμε με απλά ζώα,

like lampreys, which are very primitive fish,

όπως οι σμέρνες, που είναι πολύ πρωτόγονα ψάρια,

and then gradually go toward more complex locomotion,

και προχωράμε σταδιακά σε πιο περίπλοκη μετακίνηση,

like in salamanders,

όπως της σαλαμάνδρας,

but also in cats and in humans,

αλλά και της γάτας και του ανθρώπου,

in mammals.

στα θηλαστικά.

And here, a robot becomes an interesting tool

Εδώ, το ρομπότ γίνεται ένα ενδιαφέρον εργαλείο

to validate our models.

για την επικύρωση των μοντέλων μας.

And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.

Για εμένα, το Pleurobot είναι ένα όνειρο που έγινε πραγματικότητα.

Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer

Πριν από 20 χρόνια δούλευα σε έναν υπολογιστή

making simulations of lamprey and salamander locomotion

προσομοιώνοντας κινήσεις σμέρνας και σαλαμάνδρας

during my PhD.

για το διδακτορικό μου.

But I always knew that my simulations were just approximations.

Αλλά πάντα ήξερα ότι οι προσομοιώσεις μου ήταν μόνο προσεγγίσεις.

Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,

Όπως, προσομοιάζοντας τη φυσική στο νερό ή στη λάσπη ή στο σύνθετο έδαφος,

it's very hard to simulate that properly on a computer.

είναι πολύ δύσκολο να προσομοιωθεί σωστά στον υπολογιστή.

Why not have a real robot and real physics?

Γιατί να μην δοκιμάσουμε με αληθινό ρομπότ;

So among all these animals, one of my favorites is the salamander.

Η σαλαμάνδρα είναι ένα από τα αγαπημένα μου ζώα.

You might ask why, and it's because as an amphibian,

Αν αναρωτηθείτε γιατί, ο λόγος είναι ότι ως αμφίβιο,

it's a really key animal from an evolutionary point of view.

είναι πραγματικά ζωτικό από εξελικτική άποψη.

It makes a wonderful link between swimming,

Συνδέει άψογα το κολύμπι,

as you find it in eels or fish,

όπως στα χέλια ή στα ψάρια,

and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.

με την τετραπλούσα κίνηση που έχουν τα θηλαστικά, γάτες και άνθρωποι.

And in fact, the modern salamander

Στην πραγματικότητα, η νέα σαλαμάνδρα

is very close to the first terrestrial vertebrate,

μοιάζει στην αρχική των χερσαίων σπονδυλωτών,

so it's almost a living fossil,

σχεδόν ένα ζωντανό απολίθωμα,

which gives us access to our ancestor,

που μας δίνει πρόσβαση στον πρόγονο,

the ancestor to all terrestrial tetrapods.

ο πρόγονος σε όλα τα επίγεια τετράποδα.

So the salamander swims

Λοιπόν, η σαλαμάνδρα κολυμπά

by doing what's called an anguilliform swimming gait,

κάνοντας χελιοειδής κίνηση,

so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.

διαδίδοντας ένα ωραίο κύμα μυϊκής δραστηριότητας από το κεφάλι στην ουρά.

And if you place the salamander on the ground,

Αν βάλετε τη σαλαμάνδρα στο έδαφος,

it switches to what's called a walking trot gait.

αλλάζει σε γρήγορο βάδισμα.

In this case, you have nice periodic activation of the limbs

Εδώ, έχουμε μια ωραία περιοδική ενεργοποίηση των άκρων,

which are very nicely coordinated

τα οποία συντονίζονται πολύ καλά

with this standing wave undulation of the body,

με αυτόν τον σταθερό κυματισμό του σώματος,

and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.

και αυτό είναι ακριβώς το βάδισμα που βλέπετε εδώ στο Pleurobot.

Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact

Τώρα, κάτι πολύ περίεργο και πραγματικά συναρπαστικό

is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.

είναι το γεγονός ότι όλα αυτά γίνονται μόνο από το νωτιαίο μυελό και το σώμα.

So if you take a decerebrated salamander --

Στον εγκέφαλο μιας σαλαμάνδρας --

it's not so nice but you remove the head --

καθόλου ωραίο, αλλά αφαιρείτε το κεφάλι --

and if you electrically stimulate the spinal cord,

αν διεγείρετε ηλεκτρικά το νωτιαίο μυελό,

at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.

σε χαμηλό επίπεδο αυτό προκαλεί βάδισμα.

If you stimulate a bit more, the gait accelerates.

Σε λίγο περισσότερο, επιταχύνει.

And at some point, there's a threshold,

Και σε κάποιο σημείο, υπάρχει ένα όριο,

and automatically, the animal switches to swimming.

όπου αυτόματα, το ζώο μεταβαίνει σε κολύμπι.

This is amazing.

Αυτό είναι καταπληκτικό.

Just changing the global drive,

Απλά αλλάζοντας τη διέγερση,

as if you are pressing the gas pedal

σαν να πιέζετε το πεντάλ γκαζιού

of descending modulation to your spinal cord,

στο νωτιαίο μυελό

makes a complete switch between two very different gaits.

εναλλάσσεται μεταξύ δύο πολύ διαφορετικών κινήσεων.

And in fact, the same has been observed in cats.

Στην πραγματικότητα, το ίδιο έχει παρατηρηθεί σε γάτες.

If you stimulate the spinal cord of a cat,

Εάν διεγείρετε το νωτιαίο μυελό μιας γάτας,

you can switch between walk, trot and gallop.

εναλλάσσετε περπάτημα, τρέξιμο και καλπασμό.

Or in birds, you can make a bird switch between walking,

Ή στα πουλιά, κάνετε εναλλαγή μεταξύ περπατήματος,

at a low level of stimulation,

σε χαμηλό επίπεδο διέγερσης,

and flapping its wings at high-level stimulation.

και φτερουγίσματος σε διέγερση υψηλού επιπέδου.

And this really shows that the spinal cord

Αυτό δείχνει πραγματικά ότι ο νωτιαίος μυελός

is a very sophisticated locomotion controller.

είναι ένας πολύ εξελιγμένος ελεγκτής μετακίνησης.

So we studied salamander locomotion in more detail,

Μελετήσαμε την κίνηση της σαλαμάνδρας λεπτομερώς,

and we had in fact access to a very nice X-ray video machine

έχοντας πρόσβαση σε μια συσκευή βίντεο με ακτίνες Χ

from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.

του καθηγητή Μάρτιν Φίσερ στο Πανεπιστήμιο Ιένα της Γερμανίας.

And thanks to that, you really have an amazing machine

Χάρη σε αυτήν, μία πραγματικά εκπληκτική μηχανή,

to record all the bone motion in great detail.

καταγράψαμε όλες τις κινήσεις με μεγάλη λεπτομέρεια.

That's what we did.

Αυτό και κάναμε.

So we basically figured out which bones are important for us

Βασικά βρήκαμε ποια οστά είναι σημαντικά για εμάς

and collected their motion in 3D.

και συλλέξαμε την τρισδιάσταση κίνησή τους.

And what we did is collect a whole database of motions,

Συλλέξαμε μια βάση δεδομένων με κινήσεις,

both on ground and in water,

τόσο στο έδαφος όσο και στο νερό,

to really collect a whole database of motor behaviors

μία μεγάλη βάση δεδομένων όλων των κινήσεων

that a real animal can do.

που μπορεί να κάνει ένα ζώο.

And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.

Στη συνέχεια τις επαναλάβαμε στο ρομπότ μας.

So we did a whole optimization process to find out the right structure,

Κάναμε βελτιστοποίηση για να μάθουμε τη σωστή δομή,

where to place the motors, how to connect them together,

πού να βάλουμε τους κινητήρες, πώς να τους διασυνδέσουμε,

to be able to replay these motions as well as possible.

για να επαναλαμβάνονται όσο το δυνατόν καλύτερα αυτές οι κινήσεις.

And this is how Pleurobot came to life.

Και έτσι ξεκίνησε το Pleurobot.

So let's look at how close it is to the real animal.

Ας δούμε λοιπόν πόσο κοντά είναι στο πραγματικό ζώο.

So what you see here is almost a direct comparison

Αυτό που βλέπετε εδώ είναι σχεδόν άμεση σύγκριση

between the walking of the real animal and the Pleurobot.

στο περπάτημα του πραγματικού ζώου και του Pleurobot.

You can see that we have almost a one-to-one exact replay

Έχουμε μία επανάληψη σχεδόν ένα προς ένα

of the walking gait.

στο βάδισμα.

If you go backwards and slowly, you see it even better.

Αργά και προς τα πίσω φαίνεται ακόμα καλύτερα.

But even better, we can do swimming.

Ακόμα καλύτερα, μπορεί να κολυμπήσει.

So for that we have a dry suit that we put all over the robot --

Γι 'αυτό έχουμε μία στεγνή στολή που φοράμε στο ρομπότ --

(Laughter)

(Γέλια)

and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.

και στη συνέχεια αναπαράγουμε τις κινήσεις κολύμβησης.

And here, we were very happy, because this is difficult to do.

Και εδώ, ήμασταν πολύ χαρούμενοι, γιατί αυτό είναι δύσκολο να γίνει.

The physics of interaction are complex.

Η φυσική της αλληλεπίδρασης είναι περίπλοκη.

Our robot is much bigger than a small animal,

Το ρομπότ είναι πολύ μεγαλύτερο από ένα μικρό ζώο,

so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies

έτσι έπρεπε να κάνουμε δυναμική κλιμάκωση συχνοτήτων

to make sure we had the same interaction physics.

για να επιβεβαιώσουμε ίδια φυσική αλληλεπίδραση.

But you see at the end, we have a very close match,

Αλλά βλέπετε στο τέλος έχουμε μια μεγάλη ομοιότητα

and we were very, very happy with this.

και ήμασταν πολύ χαρούμενοι με αυτό.

So let's go to the spinal cord.

Ας πάμε λοιπόν στο νωτιαίο μυελό.

So here what we did with Jean-Marie Cabelguen

Αυτό, λοιπόν, που κάναμε με τον Ζαν-Μαρί Καμπελγκέν

is model the spinal cord circuits.

είναι το μοντέλο κυκλωμάτων του νωτιαίου μυελού.

And what's interesting is that the salamander

Το ενδιαφέρον είναι ότι η σαλαμάνδρα

has kept a very primitive circuit,

έχει ένα πολύ πρωτόγονο κύκλωμα,

which is very similar to the one we find in the lamprey,

που είναι πολύ παρόμοιο με αυτό της σμέρνας,

this primitive eel-like fish,

αυτό το πρωτόγονο ψάρι,

and it looks like during evolution,

και φαίνεται ότι με την εξέλιξη,

new neural oscillators have been added to control the limbs,

νέοι νευρωνικοί ταλαντωτές προστέθηκαν για τον έλεγχο των άκρων,

to do the leg locomotion.

για την κίνηση των ποδιών.

And we know where these neural oscillators are

Ξέρουμε πού είναι αυτοί οι νευρωνικοί ταλαντωτές,

but what we did was to make a mathematical model

αλλά κάναμε ένα μαθηματικό μοντέλο

to see how they should be coupled

για τη σύνδεσή τους

to allow this transition between the two very different gaits.

ώστε να επιτραπεί η μετάβαση μεταξύ των δύο διαφορετικών κινήσεων.

And we tested that on board of a robot.

Και το δοκιμάσαμε στο ρομπότ.

And this is how it looks.

Έτσι φαίνεται.

So what you see here is a previous version of Pleurobot

Εδώ βλέπετε μια προηγούμενη έκδοση του Pleurobot

that's completely controlled by our spinal cord model

πλήρως ελεγχόμενο από το μοντέλο του νωτιαίου μυελού μας

programmed on board of the robot.

προγραμματισμένο στο ρομπότ.

And the only thing we do

Το μόνο που κάνουμε

is send to the robot through a remote control

είναι η αποστολή στο ρομπότ μέσω τηλεχειριστηρίου

the two descending signals it normally should receive

των δύο σημάτων που θα λάμβανε

from the upper part of the brain.

από το άνω μέρος του εγκεφάλου.

And what's interesting is, by playing with these signals,

Το ενδιαφέρον είναι ότι παίζοντας με αυτά τα σήματα,

we can completely control speed, heading and type of gait.

ελέγχουμε πλήρως την ταχύτητα, κατεύθυνση και τύπο βάδισης.

For instance,

Για παράδειγμα,

when we stimulate at a low level, we have the walking gait,

όταν διεγείρουμε σε χαμηλό επίπεδο έχουμε βάδισμα

and at some point, if we stimulate a lot,

και σε κάποιο σημείο, αν διεγείρουμε πολύ,

very rapidly it switches to the swimming gait.

αλλάζει πολύ γρήγορα σε κολύμβηση.

And finally, we can also do turning very nicely

Τέλος, μπορούμε να το στρέψουμε πολύ ωραία

by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.

διεγείροντας μόνο τη μια πλευρά του νωτιαίου μυελού.

And I think it's really beautiful

Νομίζω ότι είναι πραγματικά όμορφο

how nature has distributed control

το πώς η φύση έχει κατανείμει τον έλεγχο

to really give a lot of responsibility to the spinal cord

για να δώσει πραγματικά μεγάλη ευθύνη στο νωτιαίο μυελό,

so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.

έτσι ώστε το άνω μέρος του εγκεφάλου δεν χρειάζεται να ανησυχεί για κάθε μυ.

It just has to worry about this high-level modulation,

Απλά ανησυχεί για τη διαμόρφωση υψηλού επιπέδου

and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.

και ο νωτιαίος μυελός συντονίζει όλους τους άλλους μύες.

So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.

Ας δούμε την κίνηση της γάτας και τη σημασία της βιο-μηχανικής.

So this is another project

Αυτό είναι ένα άλλο έργο

where we studied cat biomechanics,

όπου μελετήσαμε τη βιο-μηχανική της γάτας

and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.

και θέλαμε να δούμε πόσο η μορφολογία βοηθά τη μετακίνηση.

And we found three important criteria in the properties,

Βρήκαμε τρία σημαντικά κριτήρια στις ιδιότητες,

basically, of the limbs.

βασικά, των άκρων.

The first one is that a cat limb

Το πρώτο είναι ότι το άκρο της γάτας

more or less looks like a pantograph-like structure.

ομοιάζει λίγο-πολύ με παντογράφο.

So a pantograph is a mechanical structure

Ο παντογράφος είναι μια μηχανική δομή

which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.

που κρατά το ανώτερο τμήμα και τα κάτω τμήματα παράλληλα.

So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit

Έτσι ένα απλό γεωμετρικό σύστημα συντονίζει

the internal movement of the segments.

την εσωτερική κίνηση των τμημάτων.

A second property of cat limbs is that they are very lightweight.

Μια δεύτερη ιδιότητα των άκρων της γάτας είναι η ελαφρότητα.

Most of the muscles are in the trunk,

Οι περισσότεροι μύες είναι στον κορμό,

which is a good idea, because then the limbs have low inertia

μια καλή ιδέα, γιατί έτσι τα άκρα έχουν χαμηλή αδράνεια

and can be moved very rapidly.

και μετακινούνται πολύ γρήγορα.

The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,

Η τελευταία σημαντική ιδιότητα είναι η πολύ ελαστική συμπεριφορά του άκρου,

so to handle impacts and forces.

ώστε να χειρίζεται προσκρούσεις και δυνάμεις.

And this is how we designed Cheetah-Cub.

Έτσι σχεδιάσαμε το Cheetah-Cub.

So let's invite Cheetah-Cub onstage.

Ας προσκαλέσουμε λοιπόν το Cheetah-Cub στη σκηνή.

So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,

Αυτός είναι ο Πίτερ Έκαρτ, ο οποίος κάνει διδακτορικό σε αυτό το ρομπότ,

and as you see, it's a cute little robot.

και είναι ένα μικρό χαριτωμένο ρομπότ.

It looks a bit like a toy,

Μοιάζει λίγο με παιχνίδι,

but it was really used as a scientific tool

αλλά χρησιμοποιήθηκε ως επιστημονικό εργαλείο

to investigate these properties of the legs of the cat.

για να διερευνήσουν αυτές τις ιδιότητες των ποδιών της γάτας.

So you see, it's very compliant, very lightweight,

Βλέπετε, είναι πολύ συμβατό, πολύ ελαφρύ

and also very elastic,

και επίσης πολύ ελαστικό,

so you can easily press it down and it will not break.

τόσο που μπορείτε να το πιέσετε κάτω και να μην σπάσει.

It will just jump, in fact.

Θα αναπηδήξει, για την ακρίβεια.

And this very elastic property is also very important.

Αυτή η πολύ ελαστική ιδιότητα είναι επίσης πολύ σημαντική.

And you also see a bit these properties

Βλέπετε λίγο αυτές τις ιδιότητες

of these three segments of the leg as pantograph.

των τριών αυτών τμημάτων του ποδιού ως παντογράφου.

Now, what's interesting is that this quite dynamic gait

Τώρα, το ενδιαφέρον είναι ότι αυτό το πολύ δυναμικό βάδισμα

is obtained purely in open loop,

λαμβάνεται καθαρά σε ανοικτό βρόχο,

meaning no sensors, no complex feedback loops.

χωρίς αισθητήρες, χωρίς πολύπλοκες ανατροφοδοτήσεις.

And that's interesting, because it means

Αυτό είναι ενδιαφέρον, γιατί σημαίνει

that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,

ότι η μαχανική και μόνο σταθεροποίησε αυτό το αρκετά γρήγορο βάδισμα

and that really good mechanics already basically simplify locomotion.

και ότι πραγματικά η καλή μηχανική ήδη ουσιαστικά απλοποιεί τη μετακίνηση

To the extent that we can even disturb a bit locomotion,

σε βαθμό που μπορούμε ακόμη να διαταράξουμε μια μικρή μετακίνηση,

as you will see in the next video,

όπως θα δείτε στο επόμενο βίντεο,

where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,

όπου μπορούμε να κάνουμε μια άσκηση όπου το ρομπότ κατεβαίνει μία κλίμακα

and the robot will not fall over,

και το ρομπότ δεν θα πέσει,

which was a surprise for us.

που ήταν μια έκπληξη για εμάς.

This is a small perturbation.

Είναι μια μικρή διαταραχή.

I was expecting the robot to immediately fall over,

Περίμενα το ρομπότ να πέσει αμέσως,

because there are no sensors, no fast feedback loop.

χωρίς αισθητήρες, ούτε βρόγχο γρήγορης ανάδρασης.

But no, just the mechanics stabilized the gait,

Μόνο η μηχανική σταθεροποίησε το βάδισμα,

and the robot doesn't fall over.

και το ρομπότ δεν πέφτει.

Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,

Προφανώς, εάν κάνετε το σκαλί μεγαλύτερο και αν έχετε εμπόδια,

you need the full control loops and reflexes and everything.

χρειάζεστε τους πλήρεις βρόχους ελέγχου και όλα τα αντανακλαστικά.

But what's important here is that just for small perturbation,

Το σημαντικό εδώ είναι ότι μόνο για μικρές διαταραχές,

the mechanics are right.

η μηχανική έχει δίκιο.

And I think this is a very important message

Αυτό είναι ένα σημαντικό μήνυμα της βιο-μηχανικής

from biomechanics and robotics to neuroscience,

και της ρομποτικής στους νευροεπιστήμες,

saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.

που λέει να μην υποτιμάτε τον βαθμό που το σώμα βοηθά στη μετακίνηση.

Now, how does this relate to human locomotion?

Πώς σχετίζεται αυτό με την ανθρώπινη μετακίνηση;

Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,

Σαφώς, αυτή είναι πιο περίπλοκη από της γάτας και της σαλαμάνδρας,

but at the same time, the nervous system of humans is very similar

αλλά το ανθρώπινο νευρικό σύστημα είναι πολύ παρόμοιο

to that of other vertebrates.

με αυτό των άλλων σπονδυλωτών.

And especially the spinal cord

Και ειδικά ο νωτιαίος μυελός

is also the key controller for locomotion in humans.

είναι επίσης ο βασικός ελεγκτής στη μετακίνηση του ανθρώπου.

That's why, if there's a lesion of the spinal cord,

Γι' αυτό, αν υπάρχει μια βλάβη στον νωτιαίο μυελό,

this has dramatic effects.

έχει δραματικά αποτελέσματα.

The person can become paraplegic or tetraplegic.

Το άτομο μπορεί να γίνει παραπληγικό ή τετραπληγικό.

This is because the brain loses this communication

Αυτό γιατί ο εγκέφαλος χάνει την επικοινωνία

with the spinal cord.

με τον νωτιαίο μυελό.

Especially, it loses this descending modulation

Ειδικά, χάνει αυτή τη φθίνουσα διαμόρφωση

to initiate and modulate locomotion.

να ξεκινήσει και να ρυθμίσει τη μετακίνηση.

So a big goal of neuroprosthetics

Ένας στόχος της νευροπροστασίας

is to be able to reactivate that communication

είναι η επανενεργοποίηση αυτής της επικοινωνίας

using electrical or chemical stimulations.

χρησιμοποιώντας ηλεκτρικές ή χημικές διεγέρσεις.

And there are several teams in the world that do exactly that,

Υπάρχουν αρκετές ομάδες στον κόσμο που κάνουν ακριβώς αυτό,

especially at EPFL.

ειδικά στο EPFL.

My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,

Οι συνάδελφοι Γκρεγκουάρ Κορτίν και Σιλβέστρο Μιτσέρα,

with whom I collaborate.

με τους οποίους συνεργάζομαι.

But to do this properly, it's very important to understand

Αλλά για να γίνει αυτό σωστά, είναι πολύ σημαντικό να καταλάβουμε

how the spinal cord works,

πώς λειτουργεί ο νωτιαίος μυελός,

how it interacts with the body,

πώς αλληλεπιδρά με το σώμα

and how the brain communicates with the spinal cord.

και πώς ο εγκέφαλος επικοινωνεί με τον νωτιαίο μυελό.

This is where the robots and models that I've presented today

Εδώ είναι όπου τα ρομπότ και τα μοντέλα που παρουσίασα σήμερα

will hopefully play a key role

ελπίζω να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο

towards these very important goals.

προς αυτούς τους πολύ σημαντικούς στόχους.

Thank you.

Ευχαριστώ.

(Applause)

(Χειροκρότημα)

Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots

Μπρούνο Τζιουσάνι: Άουκε, είδα στο εργαστήριο άλλα ρομπότ

that do things like swim in pollution

που κάνουν πράγματα όπως κολύμπι σε ρύπανση

and measure the pollution while they swim.

και μέτρηση της ρύπανσης ενώ κολυμπούν.

But for this one,

Αλλά για αυτό,

you mentioned in your talk, like a side project,

που αναφέρατε στη συζήτησή σας, ως ένα πλευρικό έργο

search and rescue,

έρευνας και διάσωσης,

and it does have a camera on its nose.

και έχει μια κάμερα στη μύτη του.

Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --

Άουκε Έισπιρτ: Απολύτως. Tο ρομπότ --

We have some spin-off projects

Έχουμε μερικά παράγωγα έργα,

where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,

όπου θα θέλαμε τα ρομπότ να κάνουν έρευνα και διάσωση,

so this robot is now seeing you.

έτσι το ρομπότ σάς βλέπει τώρα.

And the big dream is to, if you have a difficult situation

Το μεγάλο όραμα είναι, αν έχετε μια δύσκολη κατάσταση,

like a collapsed building or a building that is flooded,

όπως ένα καταρρεύσαν κτίριο ή ένα κτίριο που έχει πλημμυρίσει,

and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,

αυτό είναι πολύ επικίνδυνο για ομάδες ή ακόμα και σκύλους διάσωσης,

why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,

γιατί να μην πάει ένα έρπον ρομπότ, που κολυμπά, περπατά,

with a camera onboard to do inspection and identify survivors

με μια κάμερα για να διενεργήσει επιθεώρηση και να εντοπίσει επιζώντες

and possibly create a communication link with the survivor.

και ενδεχομένως να αποκαταστήσει μια επικοινωνιακή σύνδεση.

BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.

ΜΓ: Φυσικά, υποθέτοντας ότι οι επιζώντες δεν θα φοβηθούν τη μορφή του.

AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,

AΕ: Ναι, θα πρέπει πιθανώς να αλλάξουμε την εμφάνιση αρκετά,

because here I guess a survivor might die of a heart attack

γιατί εδώ ο επιζών μπορεί να πεθάνει από καρδιακή προσβολή,

just of being worried that this would feed on you.

απλά ανησυχώντας ότι αυτό θα τον φάει.

But by changing the appearance and it making it more robust,

Αλλά, αλλάζοντας την εμφάνιση και καθιστώντας την πιο ισχυρή,

I'm sure we can make a good tool out of it.

είμαι βέβαιος ότι θα βγει ένα καλό εργαλείο.

BG: Thank you very much. Thank you and your team.

ΜΓ: Σας ευχαριστώ πολύ. Εσάς και την ομάδα σας.