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

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


Fare doppio clic sui sottotitoli in inglese per riprodurre il video.

Traduttore: Martina Borgnese Revisore: Filomena Pelosi
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Questo è Pleurobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Pleurobot è stato progettato per imitare una specie di salamandra
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
detta Pleurodeles waltl.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Pleurobot cammina, come potete vedere,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
e come vedremo dopo, sa anche nuotare.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Vi chiederete perché l'abbiamo progettato?
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
In realtà è stato progettato come strumento per le neuroscienze.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
Infatti abbiamo lavorato con dei neurobiologi
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
per capire come si muovono gli animali
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
e specialmente come la spina dorsale controlla i movimenti.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Ma più lavoro in biorobotica,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
più la locomozione degli animali mi stupisce.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Se pensate ad un delfino che nuota o ad un gatto che corre o salta,
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
o persino a noi umani,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
quando corriamo o giochiamo a tennis,
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
facciamo cose straordinarie.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
Il nostro sistema nervoso risolve un problema di controllo molto complesso.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
Deve coordinare perfettamente più o meno 200 muscoli,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
e se la coordinazione non è buona cadiamo o ci spostiamo male.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Il mio obiettivo è capire come tutto questo funziona.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Sono quattro le componenti principali della locomozione animale.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
La prima componente è soltanto il corpo,
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
e non dovremmo mai sottovalutare
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
fino a che punto la biomeccanica semplifichi già la locomozione animale.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Poi c'è la spina dorsale,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
e lì troviamo i riflessi,
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
riflessi multipli che creano un circuito coordinativo sensorimotorio
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
tra l'attività neurale nella spina dorsale e l'attività meccanica.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
Infine ci sono i generatori centrali di configurazione.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Sono circuiti molto interessanti nella spina dorsale dei vertebrati
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
che possono generare da soli
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
configurazioni ritmiche di attività molto coordinate
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
ricevendo solo input molto semplici.
01:47
And these input signals
33
107720
1216
E questi input
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
provenienti dalla modulazione discendente da parti più alte del cervello,
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
35
112040
2696
come la corteccia motoria, il cervelletto, il ganglio basale
01:54
will all modulate activity of the spinal cord
36
114760
2136
regolano tutti l'attività della spina dorsale
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
mentre ci muoviamo.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
La cosa interessante è come una componente di basso livello,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
la spina dorsale, assieme al corpo,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
risolvono già una gran parte della locomozione.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
Forse lo sapete per il fatto che se si taglia la testa ad un pollo
questo può correre per un po',
02:09
it can still run for a while,
42
129532
1381
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
43
130937
2539
dimostrando che la parte inferiore, spina dorsale e corpo,
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
risolve gran parte della locomozione.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Ora, capire come ciò avviene è molto complesso,
02:17
because first of all,
46
137880
1296
perché prima di tutto,
02:19
recording activity in the spinal cord is very difficult.
47
139200
2620
registrare l'attività nella spina dorsale è molto difficile.
02:21
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
48
141844
2772
È più facile impiantare elettrodi nella corteccia motoria
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
che nella spina dorsale, perché è protetta dalle vertebre.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Specialmente negli umani.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
Una seconda difficoltà è che il movimento è dovuto ad una interazione
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
molto complessa e dinamica tra queste quattro componenti.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Quindi è molto difficile scoprire che ruolo abbia ognuna nel tempo.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
È qui che i biorobot come Pleurobot e modelli matematici
02:44
can really help.
55
164640
1200
possono davvero aiutare.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Allora cos'è la biorobotica?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
È un campo molto attivo della ricerca in robotica
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
in cui si vuole prendere ispirazione dagli animali
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
per fare robot che vadano all'esterno,
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
come robot di servizio o robot di ricerca e soccorso
02:59
or field robots.
61
179160
1200
o robot sul campo.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
L'obiettivo qui è prendere ispirazione dagli animali
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
per fare robot che se la cavino su terreni difficili --
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
scale, montagne, foreste,
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
luoghi in cui i robot fanno ancora fatica
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
e in cui gli animali riescono molto meglio.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Il robot può anche essere uno strumento scientifico fantastico.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Ci sono progetti molto belli in cui i robot sono usati,
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
come strumento per le neuroscienze, per la biomeccanica o per l'idrodinamica.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
E questo è esattamente lo scopo di Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
Quindi nel mio laboratorio si collabora con neurobiologi
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
come Jean-Marie Cabulguen, un neurobiologo a Bordeaux in Francia,
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
e vogliamo fare modelli di spina dorsale e convalidarli sui robot.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
E per iniziare in modo semplice
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
è meglio iniziare con animali semplici
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
come le lamprede, pesci molto primitivi,
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
per poi passare a una locomozione più complessa,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
come nelle salamandre,
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
ma anche nei gatti e negli umani,
03:45
in mammals.
80
225720
1200
nei mammiferi.
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
E qui un robot diventa uno strumento interessante
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
per convalidare i nostri modelli.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
E in effetti, per me, Pleurobot è un sogno diventato realtà.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Circa 20 anni fa stavo già lavorando su un computer
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
su simulazioni di locomozione delle lamprede e delle salamandre
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
durante il mio dottorato.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Ma ho sempre saputo che le mie simulazioni erano solo approssimazioni.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Come simulare la fisica in acqua o con fango o terreni difficili,
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
è molto difficile simularli correttamente al computer.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Perché non un robot e una fisica veri?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Quindi tra tutti questi animali, uno dei miei preferiti è la salamandra.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Vi chiederete perché. Il motivo è che in quanto anfibio,
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
è un animale chiave da un punto di vista evoluzionistico.
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
È un collegamento fantastico tra il nuoto,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
come nelle anguille o nei pesci,
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
e la locomozione dei quadrupedi, come i mammiferi, i gatti e gli umani.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
In effetti, la salamandra moderna
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
è molto simile al primo vertebrato terrestre,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
è quasi un fossile vivente,
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
che ci dà accesso ai nostri antenati,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
antenati di tutti i tetrapodi terrestri.
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
Quindi la salamandra nuota
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
con un'andatura natatoria detta anguilliforme,
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
e propagano un'ondata di attività muscolare da testa a coda.
04:53
And if you place the salamander on the ground,
105
293440
2176
E se si mette la salamandra a terra,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
si converte all'andatura detta al passo e trotto.
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
In questo caso, c'è un'attivazione periodica degli arti
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
che si coordinano con armonia
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
con quest'ondulazione del corpo ad onda statica,
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
ed è esattamente l'andatura che state vedendo ora su Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Una cosa veramente sorprendente e affascinante
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
è che tutto questo può essere generato solo dalla spina dorsale e dal corpo.
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
Quindi se si prende un animale decerebrato -
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
non è bello ma se si rimuove la testa -
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
e se si stimola elettricamente la spina dorsale,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
ad una bassa stimolazione verrà indotta una sorta di andatura.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Se si stimola un po' di più, l'andatura accelera.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
E ad un certo punto c'è un limite,
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
e automaticamente, l'animale inizia a nuotare.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
È fantastico.
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Si cambia la trasmissione,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
come se premendo l'acceleratore
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
della modulazione discendente alla spina dorsale,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
ci fosse un cambio completo tra due andature molto diverse.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
In realtà, la stessa cosa è stata osservata nei gatti.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Stimolando la spina dorsale di un gatto,
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
si può cambiare tra passo, trotto e galoppo.
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
O negli uccelli, si può cambiare tra camminare,
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
ad una bassa stimolazione,
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
e sbattere le ali ad un'alta stimolazione.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Questo dimostra che la spina dorsale
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
controlla la locomozione in modo molto sofisticato.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Abbiamo studiato il movimento della salamandra nei dettagli,
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
abbiamo avuto accesso ad una macchina a raggi X
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
del Prof. Martin Fischer dell'Università di Jena in Germania.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
E grazie a quella, abbiamo una macchina fantastica
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
per registrare tutti i movimenti ossei in dettaglio.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Ecco cos'abbiamo fatto.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
In pratica abbiamo scoperto quali ossa erano importanti per noi
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
e registrato il loro movimento in 3D.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Abbiamo raccolto un intero database di movimenti,
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
sia su terra che in acqua,
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
per raccogliere un database di comportamenti motori
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
che un animale può fare.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
Il nostro lavoro di robotici è stato replicarli nel nostro robot.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
È stato fatto un processo di ottimizzazione per trovare la struttura giusta,
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
dove posizionare i motori, come connetterli tra di loro,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
per poter ripetere i movimenti il meglio possibile.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Ed è così che è nato Pleurobot.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Vediamo quanto è simile all'animale vero.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Quello che vedete è quasi un paragone diretto
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
tra la camminata dell'animale e Pleurobot.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Potete vedere che c'è una ripetizione quasi identica
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
della camminata.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Andando indietro al rallentatore si vede anche meglio.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Ma ancora meglio è il nuoto.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Abbiamo una muta che mettiamo addosso al robot --
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Risate)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
possiamo andare in acqua e riprodurre l'andatura natatoria.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Qui siamo stati molto contenti, perché questo era difficile da fare.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
La fisica dell'interazione è complessa.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Il nostro robot è molto più grande di un piccolo animale,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
perciò siamo ricorsi all'ingrandimento dinamico delle frequenze
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
per ottenere la stessa fisica delle interazioni.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Ma alla fine vedete una buona corrispondenza,
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
ed eravamo davvero contenti.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Passiamo alla spina dorsale.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Quello che abbiamo fatto con Jean-Marie Cabelguen
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
è stato modellare i circuiti della colonna.
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
La cosa interessante è che la salamandra
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
ha un circuito molto primitivo,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
molto simile a quello della lampreda,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
questo pesce primitivo simile all'anguilla,
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
e sembra in evoluzione,
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
abbiamo aggiunto oscillatori neurali per controllare gli arti,
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
per il movimento delle zampe.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
E sappiamo dove si trovano questi oscillatori
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
ma noi abbiamo fatto un modello matematico
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
per vedere come accoppiarli
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
per permettere il passaggio tra due andature molto diverse.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
E l'abbiamo testato su un robot.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Ecco il risultato.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Quello che vedete è una versione precedente di Pleurobot
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
completamente controllata dal nostro modello di spina dorsale
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
programmata sul robot.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
L'unica cosa che facciamo
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
è mandare al robot tramite un telecomando
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
i due segnali discendenti che di solito riceve
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
dalla parte superiore del cervello.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
La cosa interessante è che, giocando con questi segnali,
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
possiamo controllare velocità, direzione e tipo di andatura.
08:41
For instance,
192
521600
1216
Per esempio,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
Quando lo stimolo è a livello inferiore, otteniamo una camminata,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
e ad un certo punto, se stimoliamo molto,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
cambia rapidamente nell'andatura natatoria.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
Infine, possiamo anche girare molto bene
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
solo stimolando di più un lato della spina dorsale rispetto all'altro.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Penso sia bellissimo
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
come la natura abbia distribuito il controllo
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
per dare davvero molta responsabilità alla spina dorsale
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
così che la parte superiore del cervello non si deve preoccupare di ogni muscolo.
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
Si deve solo preoccupare della modulazione ad alto livello,
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
ed è la spina dorsale a dover coordinare tutti i muscoli.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Passiamo alla locomozione dei gatti e all'importanza della biomeccanica.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Questo è un altro progetto
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
in cui abbiamo studiato la biomeccanica dei gatti,
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
per vedere quanto la morfologia aiuti la locomozione.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Abbiamo trovato tre criteri importanti nelle proprietà,
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
in pratica, degli arti.
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Il primo è che l'arto di un gatto
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
ha una struttura più o meno simile al pantografo.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
Un pantografo è una struttura meccanica
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
che mantiene il segmento superiore sempre parallelo a quello inferiore.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Quindi un semplice sistema geometrico che coordina un po'
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
i movimenti interni dei segmenti.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
La seconda proptità degli arti è che sono molto leggeri.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
La maggior parte dei muscoli è nel busto,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
che è una buona idea, così gli arti hanno una bassa inerzia
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
e possono muoversi rapidamente.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
L'ultima importante proprietà è questa grande elasticità dell'arto,
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
per sopportare urti e forze.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
È così che abbiamo progettato Cheetah-Cub.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Invitiamo Cheeta-Cub sul palco.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
Questo è Peter Eckert, che fa il dottorato su questo robot,
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
e come vedete è un grazioso robottino.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Sembra un giocattolo,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
ma è stato usato come strumento scientifico
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
per studiare queste proprietà delle gambe dei gatti.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Vedete, è molto adattabile, molto leggero,
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
e anche molto elastico,
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
lo sì può facilmente schiacciare e non si rompe.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
In effetti, fa solo un salto.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
E questa proprietà così elastica è anche molto importante.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
E si vedono anche un po' le proprietà
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
di questi tre segmenti delle gambe come pantografo.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Ora, l'interessante è che quest'andatura così dinamica
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
è ottenuta semplicemente a circuito aperto
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
cioè senza sensori, senza complessi circuiti di feedback.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
Ed è interessante perché significa
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
che solo la meccanica stabilizza già quest'andatura rapida,
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
e che la meccanica veramente buona semplifica la locomozione già alla base.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
Al punto che possiamo persino disturbare un po' la locomozione,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
come vedremo nel prossimo video,
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
dove per esempio possiamo fare esercizi in cui il robot scende uno scalino,
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
senza che il robot cada,
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
che per noi è stata una sorpresa.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
Questo è un piccolo turbamento.
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Mi aspettavo che il robot si ribaltasse immediatamente,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
perché non ci sono sensori, o circuiti di feedback veloce.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Ma no, la sola meccanica ha stabilizzato l'andatura,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
e il robot non si ribalta.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Ovviamente, se si fa un passo più lungo, e in presenza di ostacoli,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
c'è bisogno di ogni circuito di controllo e dei riflessi, eccetera.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Ma la cosa importante è che solo per un piccolo turbamento
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
la meccanica è corretta.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
Penso che sia un messaggio molto importante
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
da biomeccanica e robotica a neuroscienza,
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
che dice di non sottovalutare quanto il corpo aiuti già la locomozione.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Ora, cosa c'entra questo con la locomozione umana?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
La locomozione umana è più complessa di quella dei gatti e delle salamandre,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
ma allo stesso tempo il sistema nervoso umano è molto simile
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
a quello degli altri vertebrati.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
Specialmente la spina dorsale
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
è la chiave per il controllo della locomozione umana.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Ecco perché se c'è una lesione della spina dorsale
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
le conseguenze sono drammatiche.
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
La persona può diventare paraplegica o tetraplegica.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Questo perché il cervello perde la comunicazione
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
con la spina dorsale.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
In particolare, perde questa modulazione discendente
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
per indurre e modulare la locomozione.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Quindi un obiettivo della neuroprotesi
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
è riuscire a riattivare quella comunicazione
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
usando stimolazioni elettriche o chimiche.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Ci sono vari team nel mondo che fanno proprio questo,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
specialmente a EPFL.
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
Il miei colleghi Grégoire Courtine e Silvestro Micera,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
con i quali collaboro.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Ma per farlo come si deve, è molto importante capire
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
come funziona la spina dorsale,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
come interagisce con il corpo,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
e come il cervello comunica con la spina dorsale.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
Questo è dove i robot e i modelli che ho presentato oggi
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
giocheranno forse un ruolo chiave
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
verso questo obiettivo molto importante.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Grazie.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Applausi)
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots
288
784100
2636
Bruno Giussani: Auke, ho visto altri robot nel tuo laboratorio
13:06
that do things like swim in pollution
289
786760
2456
che fanno cose come nuotare nell'inquinamento
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
misurando l'inquinamento mentre nuotano.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Ma questo qui,
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
l'hai detto nella presentazione, come progetto parallelo,
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
ricerca e soccorso,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
ha una videocamera sul naso.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Auke Ijspeert: Certo. Dunque il robot --
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
abbiamo dei progetti spin-off
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
in cui vorremmo usare i robot per fare ispezioni di ricerca e soccorso --
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
ora questo robot ti vede.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
E il sogno è, se c'è una situazione difficile
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
come un edificio crollato o un edificio inondato,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
molto pericolosa per una squadra di soccorso o persino per i cani,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
perché non mandare un robot che può strisciare, nuotare, camminare
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
con una videocamera per fare ispezioni e identifica resopravvissuti
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
e magari comunicazre con il sopravvissuto.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
305
829240
3576
BG: Certo, supponendo che i sopravvissuti non si spaventino della sua forma.
13:52
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
832840
3296
AI: Sì, forse dovremmo cambiarne un po' l'aspetto,
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
perché penso che il sopravvissuto potrebbe morire di infarto
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
solo pensando che si possa nutrire di lui.
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
Ma cambiando l'apparenza e rendendolo più robusto,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
sono sicuro che si possa farne un buono strumento.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
BG: Grazie mille. Grazie a te a al tuo team.
A proposito di questo sito web

Questo sito vi presenterà i video di YouTube utili per l'apprendimento dell'inglese. Vedrete lezioni di inglese tenute da insegnanti di alto livello provenienti da tutto il mondo. Fate doppio clic sui sottotitoli in inglese visualizzati su ogni pagina video per riprodurre il video da lì. I sottotitoli scorrono in sincronia con la riproduzione del video. Se avete commenti o richieste, contattateci tramite questo modulo di contatto.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7