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

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


Dubbelklik op de Engelse ondertitels hieronder om de video af te spelen.

Vertaald door: Rachel van Sluijs Nagekeken door: Axel Saffran
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Dit is Pleurorobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Pleurobot is ontworpen om te lijken op een salamander soort
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
genaamd Pleurodeles waltl.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Pleurobot kan lopen,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
en zoals je zult zien, kan hij ook zwemmen.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Waarom hebben we deze robot ontworpen?
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
Hij is bedoeld als instrument voor neurowetenschappelijk onderzoek.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
We hebben hem ontworpen samen met neurobiologen,
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
om te begrijpen hoe dieren bewegen
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
en hoe het ruggenmerg beweging controleert.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Hoe meer ik in biorobotica werk
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
hoe meer ik onder de indruk ben van beweging van dieren.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Denk aan een zwemmende dolfijn, of een kat die rent en springt,
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
Of zelfs aan ons, mensen,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
als we hardlopen of tennissen.
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
We doen verbazingwekkende dingen.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
Ons zenuwstelsel lost feitelijk een ingewikkeld probleem op.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
Het moet ongeveer 200 spieren foutloos aansturen,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
want slechte coördinatie betekent omvallen of slechte voortbeweging.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Mijn doel is om te snappen hoe dit werkt.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Vier hoofdonderdelen maken voortbeweging van dieren mogelijk.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Het eerste onderdeel is het lichaam zelf,
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
en we mogen niet onderschatten
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
in hoeverre biomechanica beweging in dieren al versimpelt.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Ten tweede heb je het ruggenmerg.
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
In het ruggenmerg vind je reflexen.
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
Meerdere reflexen samen vormen een sensorisch-motorische koppeling
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
tussen neurale activiteit in het merg en mechanische activiteit.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
De derde component zijn centrale patroongeneratoren.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Dit zijn zeer interessante circuits in het ruggenmerg van gewervelde dieren.
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
Ze genereren, uit zichzelf, gecoördineerde ritmische activiteit
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
op basis van heel simpele inputsignalen.
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
01:47
And these input signals
33
107720
1216
Deze inputsignalen zijn afkomstig van hogere hersengebieden
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
zoals de motorcortex, het cerebellum, en de basale ganglia.
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
Deze beïnvloeden activiteit in het ruggenmerg tijdens voortbeweging.
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Het is interessant in hoeverre de lagere onderdelen,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
het ruggenmerg en het lichaam,
het voortbewegingsprobleem al grotendeels oplossen.
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
Je weet vast, dat een kip zonder kop nog een tijdje kan rondrennen.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
02:09
it can still run for a while,
42
129532
1381
Dit laat zien dat dit onderste deel, het ruggenmerg en het lichaam,
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
43
130937
2539
een groot deel van voortbeweging verzorgt.
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Dit begrijpen is erg ingewikkeld.
02:17
because first of all,
46
137880
1296
Allereerst is het meten van de activiteit in het ruggenmerg erg moeilijk.
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
Het is makkelijker om elektrodes te plaatsen in de motorcortex.
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
Want het ruggenmerg wordt beschermd door wervels.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Zeker in mensen is dat heel moeilijk.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
Een tweede moeilijkheid is dat beweging ontstaat
uit complexe, dynamische interactie tussen de vier componenten.
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
Uitvinden wat elke component doet is niet makkelijk.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
Hier kunnen biorobots, zoals Pleurobot, en wiskundige modellen helpen.
02:44
can really help.
55
164640
1200
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Biorobotica is een zeer actief onderzoeksgebied binnen robotica
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
waar mensen zich laten inspireren door dieren
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
om robots te maken die naar buiten gaan,
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
zoals servicerobots, reddingsrobots of terreinrobots.
02:59
or field robots.
61
179160
1200
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
Het doel is om op dieren geïnspireerde robots te maken voor lastig terrein:
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
trappen, bergen of bossen,
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
plekken waar robots nog moeite hebben en waar dieren veel beter in zijn.
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Robots spelen ook een belangrijke rol in onderzoek.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Er zijn mooie projecten waarin robots gebruikt worden
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
in de neurowetenschap, biomechanica of hydrodynamiek.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
Dat is ook precies het doel van Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
In mijn onderzoeksgroep werken we samen met neurobiologen
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
zoals Jean-Marie Cabelguen, een neurobioloog uit Bordeaux, Frankrijk.
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
We willen het ruggenmerg modelleren en de modellen valideren op robots.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
We wilden simpel beginnen,
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
met simpele dieren zoals lampreien.
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
Een soort primitieve vissen.
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
Daarna kwamen dieren met complexere voortbeweging,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
zoals salamanders, maar ook katten en mensen, zoogdieren.
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
Dan wordt een robot een belangrijk instrument
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
om onze modellen te valideren.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Voor mij is Pleurobot een uitgekomen droom.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Zo'n 20 jaar geleden werkte ik al op een computer
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
aan simulaties van lamprei- en salamandervoortbeweging,
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
tijdens mijn promotieonderzoek.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Maar mijn simulaties waren slechts een benadering.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Het simuleren van de krachten van water, modder en complexe ondergronden
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
was erg moeilijk om goed te doen met de computer.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Waarom geen echte robot met echte krachten?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Van al deze dieren is de salamander mijn favoriet.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Waarom?
Omdat amfibieën vanuit een evolutionair oogpunt erg belangrijk zijn.
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
Het is een prachtige link tussen zwemmen,
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
zoals je ziet in alen of vissen,
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
en viervoetige voortbeweging, zoals je ziet in zoogdieren.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
Eigenlijk is de moderne salamander nauw verwant aan de eerste gewervelden.
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
Het is bijna een levend fossiel.
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
Dit geeft ons toegang tot onze voorouders.
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
De voorouders van alle viervoeters.
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
De zwemwijze van de salamander noemen we anguilliforme zwembeweging,
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
dus de spieractiviteit beweegt in een gelijkmatige golf van kop naar staart.
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
Als je een salamander op de grond plaatst,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
dan verandert zijn bewegingspatroon naar draf.
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
Je ziet periodieke activering van de verschillende ledematen,
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
mooi gecoördineerd met die staande golf die door het lichaam beweegt.
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
Dat is precies het bewegingspatroon dat je hier ziet bij Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Heel verrassend en fascinerend
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
is dat deze beweging gegenereerd wordt door alleen het ruggenmerg en lichaam.
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
Als je een decerebrate salamander neemt --
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
met de kop verwijderd--
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
dan kun je het ruggenmerg elektrisch stimuleren.
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
Bij een laag stimulatieniveau ontstaat loopachtige voortbeweging.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Als je sterker stimuleert versnelt het patroon
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
en bij een bepaalde grens wisselt het dier automatisch naar zwemmen.
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
Dit is geweldig.
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Verander de aandrijving,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
alsof je het gaspedaal indrukt
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
van de afdalende omvorming naar het ruggenmerg,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
veroorzaakt een complete wissel tussen twee zeer verschillende gangen.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
Hetzelfde is gezien in katten.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Als je het ruggenmerg stimuleert wisselt de kat tussen stap, draf en galop.
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
En ook vogels wisselen
van lopen, bij lage stimulatie, naar klapwieken, bij hoge stimulatie.
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Dit laat zien dat het ruggenmerg
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
een geavanceerde regelaar is van beweging.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
We bestudeerden salamanders in meer detail,
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
met behulp van een röntgencamerasysteem
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
van professor Martin Fischer van de Jena Universiteit uit Duitsland.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
Door deze geweldige machine
konden we heel gedetailleerd de beweging van de botten vastleggen.
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Dat hebben we gedaan.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
We identificeerden de belangrijke botten
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
en registreerden de bewegingen in 3D.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
We verzamelden allerlei bewegingen --
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
zowel op land als in het water --
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
in een database van motorisch gedrag dat een echt dier kan vertonen.
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
Onze taak als robotici was om dit na te maken in onze robot.
In een heel optimalisatieproces zochten we naar de juiste structuur,
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
de plaats van de motoren en hun onderlinge verbinding,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
om deze bewegingen na te bootsen.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Dit is hoe Pleurobot tot leven kwam.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Laten we kijken hoe goed dat gelukt is.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Je ziet een vrijwel zuivere vergelijking tussen het echte dier en de Pleurobot.
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
Het is bijna een één op één- herhaling van de gang.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
Achteruit en vertraagd afgespeeld zie je het nog beter.
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
Maar nog beter: hij kan ook zwemmen.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Daarvoor gebruiken we een waterdicht pak waar we de robot mee inpakken.
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Gelach)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
Daarmee kan hij het water in om de zwemwijze na te bootsen.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Dit was moeilijk om te doen.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
De interactie tussen de krachten is complex.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Onze robot is veel groter dan het kleine dier,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
dus we moesten de schaal van de frequenties aanpassen
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
om juiste interactie-krachten te generen.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Maar het is een goede overeenkomst.
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
Hier waren we erg blij mee.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Laten we het hebben over het ruggenmerg.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Samen met Jean-Marie Cabelguen hebben we de ruggenmergcircuits gemodelleerd.
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
De salamander heeft interessant genoeg een erg primitief neuraalcircuit.
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
Dit circuit lijkt op dat van de lampreien,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
de primitieve, aalachtige vissen.
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
Het lijkt erop dat tijdens de evolutie
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
nieuwe oscillatoren zijn toegevoegd om de poten aan te sturen,
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
dus voor beenmotoriek.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
We wisten de locatie van deze oscillatoren
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
maar hebben een wiskundig model gebruikt
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
om te zien hoe we ze moesten verbinden
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
zodat we de twee soorten voortbeweging konden afwisselen.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
We hebben dit getest in een robot.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Het zag er zo uit.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Dit is een voorloper van de Pleurobot.
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
Hij wordt compleet gestuurd door zijn interne ruggenmerg-model.
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Het enige wat wij doen
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
is via een afstandbediening de twee signalen sturen
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
die normaal vanuit de hersenen het ruggenmerg bereiken.
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Het interessante is dat we met behulp van deze signalen
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
snelheid, richting en type voortbeweging helemaal kunnen controleren.
08:41
For instance,
192
521600
1216
Bij een laag stimulatieniveau loopt de robot,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
en bij hoge stimulatie zien we een snelle wisseling naar zwemmen.
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
En we kunnen heel mooi draaien
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
door één kant van het ruggenmerg meer te stimuleren.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Ik vind het prachtig
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
hoe de natuur de controle heeft verdeeld
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
en het ruggenmerg grote verantwoordelijkheid heeft gegeven.
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
Zo hoeven de hersenen niet elke spier aan te sturen,
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
maar houden ze zich alleen bezig met de hogere modulatie.
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
Het ruggenmerg zorgt voor de aansturing van individuele spieren.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Laten we kijken naar de kat en de rol van biomechanica.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Dit is een ander project over de biomechanica van katten.
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
We wilden zien hoezeer lichaamsvorm voortbeweging ondersteunt.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
We vonden drie belangrijke eigenschappen van de ledematen.
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
De eerste is dat de ledematen van de kat
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
een pantograafachtige structuur hebben.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
Een pantograaf is een mechanische structuur
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
waarvan het bovenste en onderste segment altijd parallel aan elkaar blijven.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Dus een simpel geometisch systeem dat de beweging van de segmenten coördineert.
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
Een tweede eigenschap van kattenpoten is dat ze weinig wegen.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
De meeste spieren zitten in de romp.
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
Hierdoor hebben de poten een lage inertie en kunnen snel bewegen.
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
De laatste belangrijke eigenschap is dat katten poten erg elastisch zijn
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
waardoor ze bestand zijn tegen schokken.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Zo hebben we Cheetah-Cub ontworpen.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Laten we hem uitnodigen op het podium.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
Dit is Peter Eckert,
zijn promotieonderzoek gaat over deze robot.
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
Zoals je ziet is het een kleine robot.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Hij ziet eruit als een speelgoed,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
maar hij wordt gebruikt als instrument
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
om eigenschappen van de kat te onderzoeken
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Hij is erg licht en elastisch.
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
Je kunt hem gemakkelijk indrukken zonder hem te breken.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Hierdoor springt hij.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Deze elastische eigenschap is bijzonder belangrijk.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Je ziet nu ook de eigenschap van de pootsegmenten als pantograaf.
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Het interessante is dat deze dynamische tred
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
puur ontstaat in een 'open loop',
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
dus zonder sensoren en zonder complexe terugkoppeling.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
Dat is fascinerend, omdat het betekent
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
dat puur de mechaniek van het lichaam deze snelle voortbeweging kan stabiliseren
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
en dat goede mechaniek bewegingsaansturing erg versimpelt.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
Zodanig goed dat we voortbeweging een beetje kunnen verstoren.
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
Dat zie je in het volgende filmpje.
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
Hierin stapt de robot van een verhoging.
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
De robot valt niet om.
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
Dat verbaasde ons.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
Het is een kleine verstoring.
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Ik verwachte dat de robot direct om zou vallen,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
omdat hij geen sensoren heeft en geen terugkoppeling.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Maar de mechaniek stabiliseert de beweging en de robot valt niet om.
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Als je de stap groter maakt of als je obstakels introduceert,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
dan heb je natuurlijk terugkoppeling van informatie nodig en reflexen enz.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Maar belangrijk is dat voor een kleine verstoring de mechaniek genoeg is.
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
Dit is een belangrijke boodschap
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
van biomechanica en robotica aan de neurowetenschappen.
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
Onderschat de rol van het lichaam niet.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Wat heeft dit te maken met het menselijk voortbewegen?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Natuurlijk is onze gang ingewikkelder dan die van een kat of salamander,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
maar het zenuwstelsel van mensen lijkt erg op dat van andere gewervelden.
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
Ook bij ons is het ruggenmerg de primaire regelaar van voortbeweging.
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Daarom heeft beschadiging van het ruggenmerg dramatische gevolgen.
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
Er kan een gedeeltelijke of volledige verlamming ontstaan.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
De hersenen verliezen namelijk hun communicatie met het ruggenmerg
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
in de vorm van de afdalende banen die voortbeweging initiëren en moduleren.
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Een belangrijk doel van neurale protheses
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
is om deze communicatie te reactiveren
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
met hulp van elektrische of chemische stimulatie.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Er zijn verschillende teams die precies dat doen.
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
Bijvoorbeeld aan de EPFL,
mijn collega's Grégoire Courtine en Silvestro Micera,
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
met wie ik samenwerk.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Om dit goed te doen is het belangrijk te begrijpen hoe het ruggenmerg werkt,
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
hoe het communiceert met het lichaam,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
en hoe de hersenen communiceren met het ruggenmerg.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
De robots en modellen die ik vandaag heb gepresenteerd
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
gaan hopelijk een belangrijke rol spelen
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
bij het realiseren van deze belangrijke doelen.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Dankjewel.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Applaus)
Bruno Giussani: Auke, ik heb in jouw lab nog andere robots gezien
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
die de vervuiling van het water meten waarin ze zwemmen.
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Voor deze robot hier heb je het gehad over hulp bij reddingsacties.
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
Ik zie dat hij een camera draagt.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Auke Ijspeert: Absoluut!
We hebben een aantal spin-off projecten
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
waarin we proberen robots te ontwerpen voor reddingsacties.
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
Deze robot kan je zien.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
De droom is om robots in te zetten in gevaarlijke situaties,
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
zoals een ingestort of overstroomd gebouw.
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
Te gevaarlijk voor een reddingsteam of zelfs voor honden.
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
Daar kunnen robots rondkruipen of zwemmen,
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
met een camera om te inspecteren en overlevenden te vinden.
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
en om communicatie met overlevenden mogelijk te maken.
BG: Ervan uitgaand dat de overlevenden hier niet van schrikken.
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: Ja, we moeten het uiterlijk nog een beetje aanpassen,
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
anders krijgt de overlevende nog een hartaanval
van het idee dat de robot hem komt opeten.
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
Maar met een ander uiterlijk en wat robuster
kan het een goed gereedschap worden.
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
BG: Heel erg bedankt Auke en je team.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
Over deze website

Deze site laat u kennismaken met YouTube-video's die nuttig zijn om Engels te leren. U ziet Engelse lessen gegeven door topdocenten uit de hele wereld. Dubbelklik op de Engelse ondertitels op elke videopagina om de video af te spelen. De ondertitels scrollen synchroon met het afspelen van de video. Heeft u opmerkingen of verzoeken, neem dan contact met ons op via dit contactformulier.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7