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

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


A videó lejátszásához kattintson duplán az alábbi angol feliratokra.

Fordító: Gyongyver Poller Lektor: Reka Lorinczy
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Ez itt a Pleurobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
A Pleurobot egy robot, melyet egy szalamandrafajta,
a Pleurodeles waltl élethű imitálására terveztünk.
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
A Pleurobot tud sétálni, amint itt látható,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
és ahogy később látni fogják, úszni is.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Megkérdezhetik, miért terveztük ezt a robotot?
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
Nos, az idegtudomány számára, tudományos eszköznek szántuk.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
Neurobiológusokkal együtt terveztük,
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
hogy megértsük, miként mozognak az állatok,
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
és különösen, hogy a gerincvelő miként irányítja e mozgást.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Minél többet dolgozom a biorobotika területén,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
annál inkább lenyűgöz az állatok mozgása.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Gondoljunk csak egy úszó delfinre, egy futó, ugráló macskára,
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
vagy egy kocogó,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
vagy teniszező emberre -
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
valamennyien bámulatos dolgokat tesznek.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
Az idegrendszer egy igen-igen komplex problémát old meg:
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
tökéletesen összehangolja mintegy 200 izom mozgását,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
Ha ugyanis a koordináció rossz, akkor elesünk, vagy helytelenül mozgunk.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
A célom megérteni, hogy ez miként működik.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Az állatok mozgása mögött négy fő komponens áll.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Az első komponens egyszerűen a test.
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
Sosem szabad alábecsülni,
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
hogy a biomechanika mennyire leegyszerűsíti a mozgást az állatoknál.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Aztán következik a gerincvelő,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
melyben a reflexek találhatók.
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
Többféle reflex van, melyek szenzomotoros koordinációs hurkot alkotnak
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
a gerincvelői idegi aktivitása és a mechanikus tevékenység között.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
A harmadik komponenst a központi mintagenerátorok jelentik.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Ezek a gerincesek gerincvelőjében lévő, nagyon érdekes áramkörök,
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
melyek képesek önállóan,
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
rendkívül összehangolt, ritmikus mozgásmintákat létrehozni,
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
rendkívül egyszerű bemeneti jelek alapján.
01:47
And these input signals
33
107720
1216
Ezek a bemeneti jelek
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
az alászálló idegpályán érkeznek az agy felsőbb részeiből -
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
35
112040
2696
a motoros kéregből,, kisagyból, agyalapi idegsejtekből -
01:54
will all modulate activity of the spinal cord
36
114760
2136
melyek mind szabályozzák a gerincvelő tevékenységét,
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
miközben mozgást végzünk.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Igen érdekes, hogy egy olyan alacsony szintű komponens,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
mint a gerincvelő, a testtel együtt,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
milyen mértékben képes megoldani a mozgás problémáját.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
Valószínűleg ismerik azt a tényt, hogyha a csirke fejét levágják,
02:09
it can still run for a while,
42
129532
1381
még képes futni egy darabig,
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
43
130937
2539
bizonyítva, hogy az alsó rész, a gerincvelő és a test
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
végzi a mozgás nagy részét.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Most már látjuk, hogy ez igen bonyolult működésmód,
02:17
because first of all,
46
137880
1296
mert mindenekelőtt
02:19
recording activity in the spinal cord is very difficult.
47
139200
2620
igen nehéz a mozgás követése a gerincvelőben.
02:21
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
48
141844
2772
Sokkal egyszerűbb a motoros kéregbe elektródákat beültetni,
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
mint a gerinccsigolya által védett gerincvelőbe.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Különösen embereknél nagyon nehéz.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
A második nehézség, hogy a mozgás a négy összetevő
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
igen bonyolult és dinamikus kölcsönhatásának az eredménye.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Igen nehéz kideríteni, hogy melyiknek, mikor, mi a szerepe a folyamatban.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
Ez az, amiben a biorobotok, mint a Pleurobot és a matematikai modellek
02:44
can really help.
55
164640
1200
igazán segíteni tudnak.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Mi a biorobotika tehát?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
A biorobotika egy igen aktív robotikai kutatási terület,
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
ahol az emberek az állatoktól merítenek ötleteket
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
kültéri robotok,,
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
mint például szervizrobotok, kutató- és mentőrobotok,
02:59
or field robots.
61
179160
1200
vagy terepi robotok építéséhez.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
A fő cél, hogy ötleteket szerezzünk az állatoktól,
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
hogy a komplex terepre - lépcsők, hegyek, erdők -
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
alkalmas robotokat alkossunk.
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
Ezeken a helyeken a robotok még nehézségekkel küzdenek,
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
és az állatok jobban boldogulnak.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
A robot egy csodálatos tudományos eszköz is lehet.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Van néhány remek projekt, ahol robotokat használnak:
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
tudományos eszközökként az idegtudomány, biomechanika vagy hidrodinamika területén.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
A Pleurobot célja is pontosan ez.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
A laboratóriumomban neurobiológusokkal működünk együtt.
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
Például Jean-Marie Cabelguen Bordeaux-i kutatóval közösen
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
gerincvelő modelleket készítünk, és robotokon teszteljük őket.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
Egyszerű lépésekkel kezdjük.
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
Jó dolog egyszerű állatokkal kezdeni
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
mint az ingola, ami egy primitív halfajta,
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
aztán lépésenként haladni az összetettebb mozgások felé,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
amilyen a szalamandráké,
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
vagy a macskáké, embereké,
03:45
in mammals.
80
225720
1200
az emlősöké.
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
Ilyenkor a robot egy érdekes eszközzé válik,
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
mely a modelljeinket validálja.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Nekem valójában a Pleurobot egy álom megvalósulása.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Körülbelül 20 éve már készítettem számítógépes szimulációt
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
ingolák és szalamandrák mozgásáról
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
a doktori dolgozatom keretében.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Ám mindig tudtam, hogy a szimulációim csak közelítések.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Például a víz, sár vagy bonyolult terep tulajdonságait
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
nagyon nehéz megfelelően szimulálni számítógépen.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Miért ne lenne igazi robot igazi feltételekkel?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Ezek közül az állatok közül az egyik kedvencem a szalamandra.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Hogy miért? Azért, mert kétéltű.
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
Evolúciós szempontból igazán kulcsfontosságú állat.
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
Csodálatos kapcsot teremt az úszás,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
amely halaknál és angolnáknál fordul elő,
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
és a négylábúak - mint az emlősök, a macskák és az emberek - mozgása között.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
Valójában a mai szalamandra
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
igen közel van az első szárazföldi gerincesekhez,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
így majdnem egy élő kövület,
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
ami kapcsolatot teremt az ősünkkel,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
és egyben az összes négylábú, szárazföldi élőlény ősével.
Tehát a szalamandra ún. "anguilliform"
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
testtartásban úszik,
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
azaz hullámzó izommozgást hoz létre a fejétől a farkáig.
04:53
And if you place the salamander on the ground,
105
293440
2176
Ha egy szalamandrát a földre helyezünk,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
sétáló-ügető testtartásra vált.
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
Ebben az esetben a végtagok periodikusan aktiválódnak,
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
s e mozgás remekül összehangolt
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
a test álló hullámzásával,
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
és pontosan ezt a testtartást látják most a Pleuroboton.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Nagyon meglepő és lenyűgöző a tény,
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
hogy mindezt kizárólag a gerincvelő és a test hozza létre.
Tehát ha egy agy nélküli,
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
- nem valami szép, de a fejétől megfosztott szalamandra -
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
gerincvelőjét elektromosan ingereljük,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
az alacsony szintű inger sétáló járást indukál.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Az inger fokozásával a járás gyorsul,
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
és van egy pont, egy küszöbérték,
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
ahol az állat automatikusan úszásra vált.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
Ez lenyűgöző.
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Pusztán a hajtóerő változtatása -
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
mintha a gázpedált nyomnánk -
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
a leszálló idegpályán,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
teljes váltást idéz elő a két különböző mozgásforma között.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
Valójában ugyanezt figyelték meg macskáknál.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Ha egy macska gerincvelőjét stimuláljuk,
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
váltani tudunk a séta, ügetés és vágta között.
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
Madaraknál az alacsony ingerrel a séta,
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
erősebb ingerrel pedig
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
szárnycsapkodás között válthatunk.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Ez azt mutatja, hogy a gerincvelő
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
egy igen kifinomult mozgásszervi vezérlő.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Miközben a szalamandrák mozgását részletesebben megfigyeltük,
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
lehetőségünk volt egy röntgensugaras videofelvevőt használni,
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
Martin Fischer professzor jóvoltából a német Jena University-ről.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
Ennek köszönhetően bámulatos eszközhöz jutottunk,
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
hogy igen részletesen rögzítsük a csontok mozgását.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Pontosan ezt tettük.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
Kitaláltuk, hogy mely csontok fontosak számunkra,
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
és 3D-ben összegyűjtöttük a mozgásukat.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Egy teljes adatbázisnyi mozgást gyűjtöttünk,
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
szárazföldön és vízen egyaránt.
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
Így létrehoztunk egy adattárat
egy valóságos állat motoros mozgásformáiról.
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
Robotkutatóként ezeknek az utánzása volt a feladatunk.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
Egy teljes optimalizálást végeztünk hogy megtaláljuk a jó struktúrát.
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
Hova kell tenni, hogy kell összekötni a motorokat,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
hogy minél jobban visszaadjuk a mozgásokat.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Így kelt életre a Pleurobot.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Nézzük, mennyire hasonlít egy valódi állathoz!
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Itt egy összehasonlítást látunk
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
a valódi állat és a Pleurobot sétáló mozgása között.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Láthatjuk, hogy majdnem egy az egyben pontos mása
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
a sétáló járásnak.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Ha visszafelé és lassan lépkedünk, még inkább látható.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Még jobban látható az úszásnál.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Ehhez vízhatlan ruhát tettünk a robot köré,
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Nevetés)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
majd vízbe helyeztük, és visszajátszottuk az úszó mozgást.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Ekkor nagyon boldogok voltunk, mert ezt nehéz kivitelezni.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
A kölcsönhatás fizikája bonyolult.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
A robotunk jóval nagyobb, mint egy kis állat,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
így ún. dinamikus frekvencialéptetést használtunk,
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
hogy biztosan ugyanazt a hatást érjük el.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Végül látszik, hogy nagy hasonlóságot értünk el
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
és nagyon örültünk ennek.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Tehát nézzük a gerincvelőt.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Itt Jean-Marie Cabelguen-nel
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
a gerincvelő idegpályáit modelleztük.
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
Érdekes, hogy a szalamandra
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
megőrzött egy nagyon egyszerű áramkört,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
amely nagyon hasonló az ingolában,
ebben az a primitív, angolnaszerű halban találthoz.
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
Úgy tűnik, az evolúció során
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
új idegi reflexívek fejlődtek ki a végtagok irányítására,
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
a lábak mozgatására.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Tudjuk, hol vannak ezek az idegközpontok,
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
és készítettünk egy matematikai modellt arról,
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
hogyan kell összekötni őket,
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
hogy az átmenet lehetővé váljon a két különböző járás között.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
Aztán teszteltük a robot vezérlésén.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Íme, így néz ki.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Amit itt látnak, egy korábbi Pleurobot-verzió,
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
amit teljesen a mi programozott
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
gerincvelő modellünk irányít.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Csupán annyit teszünk,
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
hogy táviránytón keresztül küldjük
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
a két leszálló ingert, amit normál esetben
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
az agy felső részéből kapna.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Érdekes, hogy ezekkel az ingerekkel játszva
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
teljesen irányítható a járás sebessége, iránya és típusa.
08:41
For instance,
192
521600
1216
Például,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
egy alacsony szintű inger sétáló mozgást eredményez
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
és egy ponton, ha erősebb az inger,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
hirtelen úszásra vált át.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
Még az fordulás is kivitelezhető,
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
ha a gerincvelő egyik oldalát jobban ingereljük.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Azt gondolom, igazán szép,
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
ahogy a természet szétosztotta az irányítást
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
és jó adag felelősséget adott a gerincvelőnek.
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
Tehát az agy felső részének nem kell aggódnia minden izom miatt.
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
Elég az inger erősségéért aggódnia,
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
az összes izom irányítása a gerincvelő dolga.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Most nézzük a macska mozgását és a biomechanika fontosságát.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Egy másik munkánkban,
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
melyben a macska biomechanikáját tanulmányoztuk,
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
látni akartuk, hogyan segíti a morfológia a mozgást.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Három fontos kritériumot találtunk a végtagok
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
tulajdonságai között.
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Az első, hogy a macska végtagja
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
többé-kevésbé egy pantográf-szerű struktúra.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
A pantográf egy mechanikai szerkezet,
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
melyben a felső és alsó rész mindig párhuzamos marad.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Tehát egy ilyen, egyszerű geometriai rendszer koordinálja
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
a szegmensek belső mozgását.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
A végtagok másik tulajdonsága, hogy könnyűek.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
Az izmok többsége a törzsön van,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
ami jó elrendezés, mert így a végtagok tehetetlensége kicsi,
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
és gyorsan mozgathatók.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
Az utolsó fontos tulajdonságuk: a nagy rugalmasság,
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
mely a hatásokat és erőket kezeli.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Így terveztük meg a Cheetah-Cub-ot [Pumakölyköt].
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Hívjuk a színpadra.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
Ő Peter Eckert, aki doktori tanulmányokat folytat erről a robotról,
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
amint látható, ez egy aranyos kis robot.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Olyan, mint egy játék,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
de valójában tudományos eszközként használják,
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
a macskaláb tulajdonságainak tanulmányozásához.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Látható, hogy nagyon alkalmazkodó,
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
könnyű, és igen rugalmas,
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
tehát könnyen lenyomható, és nem törik el.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Sőt, szinte felugrik.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Ez a nagyfokú rugalmasság is igen fontos.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Ezeket a tulajdonságokat szintén
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
láthattuk a pantográf három szegmensén is.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Érdekes, hogy ezt az igen dinamikus járási módot,
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
egy tisztán nyílt hurok hozza létre,
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
szenzorok, vagy bonyolult visszacsatolások nélkül.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
Azért érdekes, mert ez azt jelenti,
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
hogy csupán a mechanika már stabilizálta ezt a gyors járást,
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
és ez a kiváló mechanika leegyszerűsíti a mozgást.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
A következő felvételen azt látjuk,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
mi történik, ha kis zavar kerül a mozgásba.
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
Egy gyakorlat során a robot egy lépcsőn megy le,
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
mégsem esik el,
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
ami meglepetés volt számunkra.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
Ez egy kismértékű zavarás volt.
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Azt vártam, hogy a robot azonnal elesik,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
mert nincs szenzor, vagy visszacsatolás.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
De tévedtem: a mechanika stabilizálta a járást,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
és a robot nem esett el.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Nyilvánvalóan, ha a lépcsőfok nagyobb, vagy akadályok vannak,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
szükség van a teljes hurokra, reflexekre és minden egyébre.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Ami itt fontos, hogy kis zavar esetén
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
a mechanika elegendő.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
Azt gondolom, ez egy fontos üzenet
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
a biomechanika és robotika részéről az idegtudománynak,
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
hogy ne becsüljük le, milyen mértékben segíti a test a mozgást.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Hogyan kapcsolódik ez az emberi mozgáshoz?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Világos, hogy az emberi mozgás komplexebb, mint a macskáé vagy szalamandráé,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
de ugyanakkor az emberi idegrendszer nagyon hasonló
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
más gerincesekéhez.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
A gerincvelő különösképp
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
egy kulcsfontosságú vezérlőszerv az emberekben is.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Ezért a gerincvelő sérülése
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
drasztikus hatással jár.
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
Két, vagy akár mind a négy végtag lebénulását is okozhatja.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Ennek oka, hogy az agy elveszti a kapcsolatot
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
a gerincvelővel.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
Különösen a leszálló modulációt veszti el,
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
ami a mozgást elindítja vagy módosítja.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
A beültetett protézisek fő célja
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
e kommunikáció újraélesztése
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
elektromos vagy kémiai ingerlés használatával.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Számos kutatócsoport a világon, melyek pontosan ezt csinálják,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
különösen az EPFL-en.
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
A kollégáim, Grégoire Courtine és Silvestro Micera,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
akikkel együtt dolgozom.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Ahhoz, hogy ezt helyesen csináljuk, fontos megérteni,
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
hogy működik a gerincvelő,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
hogyan lép interakcióba a testtel,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
és az agy hogyan kommunikál a gerincvelővel.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
Ez az, ahol a bemutatott robotok és modellek
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
remélhetően kulcsszerepet játszanak majd,
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
és segítenek e fontos célok elérésében.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Köszönöm.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Taps)
Bruno Giussani: Auke, a laborban más robotokat is láttam,
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
melyek például szennyezett vízben úsznak,
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
és közben mérik a szennyezést.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Ám ennek
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
a mellékprojektként említett
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
kereső- és mentőrobotnak
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
van egy kamera az orrán,
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Auke Iljspeert: Igen, így van.
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
Van néhány spin-off projektünk,
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
melyben keresésre és felderítésre akarjuk használni a robotokat,
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
tehát ez a robot most lát téged.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
Nagy álmom, hogy egy nehéz helyzetben,
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
mint egy összeomlott vagy elárasztott épület,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
ami nagyon veszélyes egy mentőcsapat vagy akár kutyák számára,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
inkább egy robotot küldjünk oda, körbejárni, körbeúszni,
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
kamerával felszerelve, hogy felderítse és azonosítsa a túlélőket,
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
és kapcsolatot létesítsen velük.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
305
829240
3576
BG: Természetesen, feltéve, hogy a túlélők nem ijednek meg a formájától.
13:52
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
832840
3296
AI: Igen, valószínűleg meg kell változtatnunk némileg a külsejét,
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
mert a túlélők szívrohamot kapnak attól,
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
hogy megeszi őket.
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
De a megjelenését megváltoztatva, és robusztusabbá téve,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
biztos vagyok benne, hogy jó eszközzé alakíthatjuk.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
Nagyon köszönöm neked és a csapatodnak.
Erről a weboldalról

Ez az oldal olyan YouTube-videókat mutat be, amelyek hasznosak az angol nyelvtanuláshoz. A világ minden tájáról származó, kiváló tanárok által tartott angol leckéket láthatsz. Az egyes videók oldalán megjelenő angol feliratokra duplán kattintva onnan játszhatja le a videót. A feliratok a videó lejátszásával szinkronban gördülnek. Ha bármilyen észrevétele vagy kérése van, kérjük, lépjen kapcsolatba velünk ezen a kapcsolatfelvételi űrlapon.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7