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

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


Veuillez double-cliquer sur les sous-titres anglais ci-dessous pour lire la vidéo.

Traducteur: Meryl Ducray Relecteur: Claire Ghyselen
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Voici Pleurobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Pleurobot est un robot que nous avons conçu
pour imiter une espèce de salamandre appelée Pleurodèle de Waltl.
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Pleurobot peut marcher, comme vous le voyez ici,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
et comme vous le verrez plus tard, il peut aussi nager.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Vous vous demandez certainement pourquoi nous avons conçu ce robot.
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
En fait, ce robot est outil scientifique pour les neurosciences.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
Nous l'avons conçu en collaboration avec des neurobiologistes
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
pour comprendre comment les animaux bougent,
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
particulièrement, comment la moelle épinière contrôle la locomotion.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Plus je travaille en biorobotique,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
plus je suis impressionné par la locomotion chez les animaux.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Imaginez un dauphin qui nage, ou un chat qui court ou saute,
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
ou même nous en tant qu'humains, quand on court
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
ou on joue au tennis, nous faisons des choses étonnantes.
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
Notre système nerveux résout un problème de contrôle très compliqué.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
Il doit coordonner parfaitement environ 200 muscles,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
car si la coordination est mauvaise, on tombe, ou on fait un mauvais mouvement.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Mon objectif est de comprendre comment tout cela fonctionne.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Il y a quatre principaux éléments pour la locomotion animale.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Le premier élément, c'est juste le corps.
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
En fait, nous ne devrions jamais sous-estimer dans quelle mesure
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
la biomécanique simplifie déjà la locomotion chez les animaux.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Ensuite, vous avez la moelle épinière,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
et dans la moelle épinière, on trouve les réflexes,
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
de multiples réflexes qui créent une boucle de coordination de capteurs
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
entre l'activité neurale dans la moelle épinière et l'activité mécanique.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
Un troisième élément est constitué des réseaux locomoteurs spinaux.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Ce sont des circuits très intéressants dans la moelle épinière des vertébrés,
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
qui peuvent générer de manière autonome
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
des activations rythmiques très coordonnées
alors qu'ils ne reçoivent que des informations très simples.
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
01:47
And these input signals
33
107720
1216
Ces informations venant de modulation descendante des parties hautes du cerveaux
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
comme le cortex moteur, le cervelet, les ganglions de la base,
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
35
112040
2696
01:54
will all modulate activity of the spinal cord
36
114760
2136
vont toutes moduler l'activité de la moelle épinière
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
lorsque nous bougeons.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Mais ce qui est intéressant, c'est à quel point un tout petit élément,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
la moelle épinière, avec le corps,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
peut déjà résoudre beaucoup des problèmes de locomotion.
Vous savez que vous pouvez couper la tête d'un poulet
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
et il peut continuer à courir,
02:09
it can still run for a while,
42
129532
1381
montrant ainsi que juste la partie basse, la moelle épinière et le corps,
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
43
130937
2539
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
peut résoudre une grande part de la locomotion.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Comprendre le fonctionnement est très compliqué,
02:17
because first of all,
46
137880
1296
car enregistrer l'activité de la moelle épinière est très difficile.
02:19
recording activity in the spinal cord is very difficult.
47
139200
2620
02:21
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
48
141844
2772
Il est plus simple d'implanter des électrodes dans le cortex moteur
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
que dans la moelle car elle est protégée par les vertèbres.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Spécialement chez les humains.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
Une deuxième difficulté est que la locomotion est due
à une interaction très compliquée et très dynamique entre les 4 éléments.
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Donc il est très difficile de comprendre le rôle de chacun dans le temps.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
C'est là que les robots comme Pleurobots et les modèles mathématiques
02:44
can really help.
55
164640
1200
peuvent réellement aider.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Donc qu'est-ce que la biorobotique ?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
C'est un domaine très dynamique de recherche en robotique
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
dans lequel les gens veulent s'inspirer des animaux
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
pour construire des robots de tous les jours
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
comme des robots d'assistance ou de sauvetage,
02:59
or field robots.
61
179160
1200
ou des robots de terrain.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
L'objectif est de s'inspirer des animaux
pour concevoir des robots capables de supporter un terrain compliqué
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
escalier, montagne, forêt, endroits où les robots ont encore des difficultés
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
et où les animaux se débrouille mieux.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Le robot peut être un outil scientifique fantastique.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Il existe des projets
dans lesquels on utilise les robots comme outils scientifiques
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
en neurosciences, en biomécaniques ou en hydrodynamique.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
C'est l'objectif de Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
Dans mon laboratoire, nous collaborons avec des neurobiologistes
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
comme Jean-Marie Cabelguen, un neurobiologiste de Bordeaux,
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
et nous voulons créer des modèles de moelle épinière
et les valider sur des robots. Ici, nous voulons commencer simple.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
Donc au début, on commence avec des animaux simples
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
comme les lamproies, des poissons très primitifs,
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
et, graduellement, on passe à une locomotion plus complexe,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
comme chez les salamandres, les chats, les humains, et les mammifères.
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
03:45
in mammals.
80
225720
1200
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
Un robot devient un outil intéressant
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
pour valider nos modèles.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Pour moi, Pleurobot est comme un rêve devenu réalité.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Il y a environ 20 ans, je travaillais déjà sur ordinateur
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
pour créer des simulations de locomotion de lamproie et salamandre
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
pour ma thèse.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Mais j'ai toujours su que mes simulations n'étaient que des approximations.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Simuler la physique de l'eau, de la vase ou de terrain complexe,
c'est très compliqué de simuler tout ça correctement sur ordinateur.
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Pourquoi ne pas avoir un vrai robot et de vraies lois physiques ?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Parmi tous ces animaux, l'un de mes favoris est la salamandre.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Si vous vous demandez pourquoi, c'est parce qu'en tant qu'amphibien,
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
c'est un animal clé d'un point de vue de l'évolution.
Il crée un lien parfait entre la nage
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
que vous pouvez retrouver chez les anguilles et poissons,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
et la locomotion quadrupède,
comme chez les mammifères, les chats et les humains.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
En fait, la salamandre est très proche des premiers vertébrés terrestres,
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
elle est presque un fossile vivant qui nous donne accès à nos ancêtres,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
l'ancêtre de tous les tétrapodes terrestres.
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
La salamandre nage en faisant la nage de l'anguille,
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
elle utilise une jolie vague d'activité musculaire depuis la tête jusqu'à la queue
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
04:53
And if you place the salamander on the ground,
105
293440
2176
Si vous posez la salamandre sur le sol,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
elle change pour ce qu'on appelle le trot.
Dans ce cas, vous avez une activation périodique des membres,
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
qui sont très bien coordonnés avec la vague d'ondulation du corps.
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
C'est exactement le déplacement que vous pouvez voir ici chez Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Une chose très surprenante et en fait fascinante,
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
c'est que tout cela peut être généré juste par la moelle épinière et le corps.
Donc si vous prenez une salamandre décérébrée,
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
ce n'est pas très joli, vous lui retirez la tête,
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
et que vous stimulez électriquement la moelle épinière,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
à un niveau faible de stimulation, cela induit un déplacement de marche.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Si vous stimulez un peu plus, le déplacement s'accélère.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
A un moment, vous atteignez un seuil
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
et l'animal passe automatiquement à la nage. C'est incroyable !
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
En changeant seulement la stimulation,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
comme si vous pressiez la pédale d'accélérateur
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
de la modulation descendante de votre moelle épinière,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
on crée un passage total entre 2 déplacements très différents.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
La même chose est observée chez le chat
En stimulant la moelle épinière d'un chat,
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
vous pouvez passer de la marche, au trot et au gallop.
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
Ou chez les oiseaux, vous pouvez le faire passer de la marche
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
avec un faible niveau de stimulation,
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
au battement d'ailes avec un haut niveau de stimulation.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Cela montre réellement que la moelle épinière
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
est un contrôle de locomotion très sophistiqué.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Nous étudions la locomotion de la salamandre en détails
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
et avons accès à une machine d'enregistrement radiographique
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
du Professeur Martin Fischer à l'Université Jena en Allemagne.
Grâce à ça, vous avez une incroyable machine
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
pour enregistrer le mouvement avec beaucoup de détails.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
C'est ce que nous avons fait.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
Nous avons donc compris quels os étaient importants pour nous
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
et nous avons récupéré leur mouvement en 3D.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Nous avons créé une base de données de mouvements
sur la terre et dans l'eau,
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
pour créer une base de données complètes des comportements moteurs
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
qu'un vrai animal peut utiliser.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
Notre travail consiste à reproduire ça dans notre robot.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
On a utilisé un processus d'optimisation pour trouver
la bonne structure, où placer les moteurs, comment les connecter ensemble
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
pour reproduire ces mouvements aussi bien que possible.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Et c'est ainsi que Pleurobot est venu au monde.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Regardons à quel point il est proche du vrai animal.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Ce que vous voyez ici est presque une comparaison directe
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
entre la marche du vrai animal et celle de Pleurobot.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Vous pouvez voir que nous avez presque une reproduction parfaite de la marche.
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
Si vous allez en arrière lentement, vous pouvez le voir encore mieux.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Mais encore mieux, on peut reproduire la nage.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Pour ça, on a une combinaison étanche que l'on met au robot
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Rires)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
ensuite on peut aller dans l'eau et commencer à reproduire la nage.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Nous étions extrêmement contents car c'était difficile.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
La physique d'interaction est compliquée.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Notre robot est beaucoup plus grand qu'un petit animal
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
donc nous avons du faire un redimensionnement dynamique
pour garantir les mêmes interactions physiques.
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Mais à la fin, nous avons une association très proche,
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
et nous en sommes extrêmement contents.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Regardons maintenant la moelle épinière.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Ce que nous avons fait avec Jean-Marie Cabelguen,
c'est modéliser les circuits de la moelle épinière.
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
Ce qui est intéressant, c'est que la salamandre
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
a gardé un circuit très primitif, très similaire de celui de la lamproie,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
ce poisson primitif qui ressemble à une anguille
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
Il semble que durant son évolution, de nouveaux oscillateurs neuronaux
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
ont été ajoutés pour contrôler les membres pour produire la locomotion des jambes.
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Nous savons où ceux-ci se situent,
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
mais nous avons créé un modèle mathématique
pour voir comment ils devraient être couplés
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
pour permettre la transition entre 2 déplacements très différents.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
Nous avons testé cela sur un robot. Voilà ce que ça donne.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Ce que vous voyez ici est une version antérieure de Pleurobot
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
qui est entièrement contrôlée par notre modèle de moelle épinière
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
programmé sur le robot.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Et la seule chose que nous faisons est d'envoyer au robot via une télécommande
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
les 2 signaux descendants qu'il devrait normalement recevoir
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
de la part supérieure du cerveau.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Ce qui est intéressant c'est qu'en jouant avec ces signaux
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
on peut contrôler vitesse, direction et type de déplacements.
08:41
For instance,
192
521600
1216
Par exemple, quand nous stimulons à faible niveau, nous avons de la marche,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
et à un certain point, si nous stimulons plus,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
très rapidement on passe à la nage.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
Et finalement, on peut faire des virages
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
en stimulant un peu plus un côté de la moelle épinière que l'autre.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Je pense que c'est magnifique
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
comment la nature a distribué le contrôle
pour donner beaucoup de responsabilités à la moelle épinière
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
afin que la partie haute du cerveau n'ait pas besoin de gérer chaque muscle.
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
Elle a juste à penser à la modulation à un niveau global
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
et c'est réellement à la moelle épinière de coordonner tous les muscles.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Maintenant passons à la locomotion du chat et à l'importance de la biomécanique.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Ceci est un autre projet
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
pour lequel nous étudions les biomécaniques du chat.
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
Nous voulions voir combien la morphologie aide la locomotion.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Et nous avons trouvé 3 propriétés ou critères importants des jambes.
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Le premier est que la jambe du chat
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
ressemble plus ou moins à un structure du style pantographe.
Un pantographe est une structure mécanique
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
qui garde les segments supérieur et inférieur toujours parallèles.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Donc un simple système géométrique qui coordonne un peu
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
le mouvement interne des segments.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
Une deuxième propriété des membres du chat est sa légèreté.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
La plupart des muscles sont dans le tronc, ce qui est une bonne idée car,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
les membres ont alors une faible inertie, et peuvent bouger très rapidement.
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
La dernière propriété importante est ce comportement très élastique du membre
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
afin de pouvoir supporter les impacts et forces.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Et c'est comme cela que nous avons conçu Cheetah-Cub.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Invitons maintenant Cheetah-Cub sur scène.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
Voici Peter Eckert qui fait sa thèse sur ce robot.
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
Ce robot est très mignon. Il ressemble un peu à un jouet
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
mais il est utilisé comme outil scientifique
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
pour comprendre les propriétés de la jambe des chats.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Vous pouvez voir que c'est très similaire, très léger,
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
et aussi très élastique.
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
Donc vous pouvez facilement appuyer dessus et il ne cassera pas.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
En fait, il va juste sauter.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Et cette propriété d'élasticité est très importante.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Vous pouvez voir un peu des propriétés
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
de ces trois segments de la jambe en pantographe.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Ce déplacement plutôt dynamique
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
est obtenu purement en boucle ouverte,
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
ce qui veut dire pas de capteurs, pas de boucles de capteurs complexes.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
C'est intéressant parce que cela veut dire
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
que la mécanique stabilise déjà ce déplacement plutôt rapide
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
et que les bonnes mécaniques simplifient déjà la locomotion.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
A tel point que l'on peut perturber un peu la locomotion,
comme vous le verrez dans la prochaine video,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
où par exemple on fait des exercices, où le robot descend une marche,
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
et le robot ne va pas tomber, ce qui nous a surpris.
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
Voici une petite perturbation.
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Je m'attendais à ce que le robot tombe immédiatement,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
car il n'y a pas de capteurs, ni de boucle de retour rapide.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Mais non, la mécanique stabilise le déplacement
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
et le robot ne tombe pas.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Si la marche est plus haute, et qu'il y a des obstacles,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
vous avez besoin des boucles de capteurs et réflexes et tout.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
L'important, c'est que pour une petite perturbation
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
les mécaniques suffisent.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
Je pense que c'est un message très important
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
de la biomécanique et robotique à la neuroscience,
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
de dire: « Ne sous-estime pas à quel point le corps aide déjà à la locomotion ».
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Maintenant, quel est le lien avec la locomotion humaine ?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Clairement, la locomotion humaine est plus compliquée
que celles du chat et de la salamandre.
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
Mais en même temps, le système nerveux des humains est très similaire
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
de celui des autres vertébrés.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
Tout particulièrement, la moelle épinière est aussi
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
le contrôle-clé de la locomotion chez les humains.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
C'est pourquoi, une lésion de la moelle épinière a des effets dramatiques.
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
La personne peut devenir paraplégique ou tétraplégique.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Tout ça parce que le cerveau perd la communication avec la moelle épinière.
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
Il perd la modulation descendante
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
pour initier et moduler la locomotion.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Donc un objectif important de la neuroprosthétique
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
est de pouvoir réactiver la communication
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
en utilisant des stimulations électriques et chimiques.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Plusieurs équipes à travers le monde recherchent exactement ça,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
et particulièrement à EPFL,
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
mes collègues Grégoire Courtine et Silvestro Micera,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
avec qui je travaille.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Mais pour faire cela correctement, il est important de comprendre
comment la moelle épinière fonctionne,
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
comment elle interagit avec le corps,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
et comment le cerveau communique avec la moelle épinière.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
C'est là que les robots et modèles que je vous ai présentés aujourd'hui
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
vont, avec un peu de chance, jouer un rôle-clé
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
pour atteindre ces objectifs si importants.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Merci
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Applaudissement)
Bruno Giussani: Auke, j'ai vu dans ton laboratoire d'autres robots
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots
288
784100
2636
13:06
that do things like swim in pollution
289
786760
2456
qui font des choses comme nager dans la pollution,
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
et mesurer la pollution en nageant.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Mais pour celui-ci,
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
tu as mentionné dans ton discours un projet secondaire,
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
le sauvetage,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
et il a une caméra sur le museau.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Auke Ijspeert: Absolument.
Nous avons plusieurs projects secondaires
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
dans lesquels nous aimerions utiliser les robots pour l'aide au sauvetage,
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
donc ce robot est en train de te voir.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
Le rêve ultime c'est que, si on a une situation difficile
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
comme un immeuble effondré or innondé, et qu'il est très dangereux d'envoyer
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
une équipe de sauvetage ou même des chiens de sauvetage,
pourquoi ne pas envoyer un robot qui peut ramper, nager, marcher,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
équipé d'une caméra pour inspecter, identifier des survivants,
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
et potentiellement créer un moyen de communication.
BG: En supposant que les survivants ne soient pas effrayés par ça.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
305
829240
3576
13:52
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
832840
3296
AI: Oui, nous devrions probablement changer un peu son apparence
car pour l'instant, un survivant pourrait avoir une crise cardiaque
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
juste en se demandant si ce truc veut le manger.
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
Mais en changeant son apparence et en le rendant plus robuste,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
je suis sur que l'on peut en faire un bon outils.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
BG: Merci à toi et ton équipe
À propos de ce site Web

Ce site vous présentera des vidéos YouTube utiles pour apprendre l'anglais. Vous verrez des leçons d'anglais dispensées par des professeurs de premier ordre du monde entier. Double-cliquez sur les sous-titres anglais affichés sur chaque page de vidéo pour lire la vidéo à partir de là. Les sous-titres défilent en synchronisation avec la lecture de la vidéo. Si vous avez des commentaires ou des demandes, veuillez nous contacter en utilisant ce formulaire de contact.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7