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

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


Proszę kliknąć dwukrotnie na poniższe angielskie napisy, aby odtworzyć film.

Tłumaczenie: Mateusz Rosłoń Korekta: Barbara Guzik
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Oto Pleurobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Został zaprojektowany
na wzór gatunku zwanego traszką Waltla.
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
Pleurobot potrafi chodzić
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
i, jak zobaczycie później, także pływać.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Może was zastanawiać, po co go stworzyliśmy.
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
Został skonstruowany jako narzędzie naukowe w neuronauce
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
we współpracy z neurobiologami,
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
żeby zrozumieć poruszanie się zwierząt,
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
a szczególnie, jak rdzeń kręgowy kontroluje poruszanie się.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Im dłużej zajmuję się biorobotyką,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
tym bardziej jestem pod wrażeniem lokomocji zwierząt.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Jeśli pomyślicie o pływającym delfinie, biegnącym lub skaczącym kocie
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
albo nawet o nas, ludziach,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
kiedy biegamy lub gramy w tenisa,
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
zauważycie, że robimy niezwykłe rzeczy.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
Nasz układ nerwowy rozwiązuje skomplikowany problem kontroli ruchu.
Musi perfekcyjnie koordynować pracę około 200 mięśni,
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
bo inaczej upadamy lub źle się poruszamy.
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Moim celem jest zrozumieć, jak to działa.
Zwierzęca lokomocja składa się z czterech głównych komponentów.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Pierwszym jest ciało.
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
Nigdy nie powinniśmy lekceważyć tego,
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
w jakim stopniu biomechanika uprościła już lokomocję zwierząt.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Następny jest rdzeń kręgowy,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
w którym znajdziemy liczne odruchy
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
tworzące sensomotoryczną pętlę koordynacji
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
między aktywnością neuronową w rdzeniu kręgowym,
a aktywnością mechaniczną.
Trzecim komponentem są centralne generatory wzorców.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
To bardzo interesujące obiegi w rdzeniu kręgowym,
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
które potrafią same generować
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
bardzo skoordynowane rytmicznie wzorce aktywności,
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
odbierając jedynie bardzo proste sygnały wejściowe.
01:47
And these input signals
33
107720
1216
Te sygnały pochodzące
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
z modulacji zstępującej w górnych partiach mózgu,
jak kora ruchowa, móżdżek czy jądra podstawne,
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
modulują aktywność rdzenia kręgowego,
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
kiedy się poruszamy.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Interesujące jest, w jakim stopniu podstawowe komponenty,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
rdzeń kręgowy z ciałem,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
rozwiązują znaczną część problemu lokomocji.
Kiedy odetnie się głowę kurze,
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
a ona będzie biegać jeszcze przez moment,
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
widać, że podstawowe komponenty, czyli rdzeń kręgowy i ciało,
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
odpowiadają za znaczną część lokomocji.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Nie łatwo zrozumieć, jak to działa,
02:17
because first of all,
46
137880
1296
bo po pierwsze
rejestrowanie aktywności rdzenia kręgowego jest bardzo trudne.
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
Znacznie łatwiej jest wszczepić elektrody w korę ruchową
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
niż w rdzeń kręgowy chroniony przez kręgi.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Szczególnie trudno to zrobić u ludzi.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
Druga trudność jest taka, że lokomocja działa dzięki bardzo złożonej
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
i dynamicznej interakcji między wszystkimi czterema komponentami.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Bardzo trudno jest ustalić, jaką mają rolę w czasie.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
Bioroboty, takie jak Pleurobot, oraz modele matematyczne
02:44
can really help.
55
164640
1200
mogą być wtedy bardzo pomocne.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Co to jest biorobotyka?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
Jest to bardzo aktywna dziedzina badań w zakresie robotyki,
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
w której ludzie chcą czerpać inspirację od zwierząt,
żeby posłać roboty w teren,
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
jak roboty poszukiwawcze
czy do prac polowych.
02:59
or field robots.
61
179160
1200
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
Głównym celem jest czerpanie inspiracji od zwierząt,
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
żeby stworzyć roboty do prac w trudnych miejscach,
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
jak schody, góry, las,
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
gdzie wciąż mają one trudności,
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
a zwierzęta radzą sobie znacznie lepiej.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Robot może być również wspaniałym narzędziem naukowym.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Istnieją ciekawe projekty, wykorzystujące roboty
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
jako narzędzia naukowe w neuronauce, biomechanice czy hydrodynamice.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
Właśnie po to powstał Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
W moim laboratorium współpracujemy z neurobiologami,
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
jak Jean-Marie Cabelguen z Bordeaux we Francji,
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
tworząc i testując na robotach modele rdzenia kręgowego.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
Chcemy zacząć od prostych rzeczy.
Dlatego zaczynamy od prostych zwierząt,
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
jak minogi, które są bardzo prymitywnymi rybami,
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
a potem stopniowo przechodzimy do bardziej złożonej lokomocji,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
jak u traszki,
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
ale też u ssaków,
03:45
in mammals.
80
225720
1200
jak kota i człowieka,
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
Robot staje się interesującym narzędziem
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
w sprawdzaniu naszych modeli.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Pleurobot jest dla mnie spełnieniem marzeń.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Mniej więcej 20 lat temu tworzyłem już na komputerze
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
symulacje lokomocji minoga i traszki,
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
robiąc doktorat.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Jednak zawsze wiedziałem, że symulacje są tylko przybliżeniem.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Symulując właściwości fizyczne w wodzie, błocie lub na złożonym podłożu,
bardzo trudno jest odpowiednio odwzorować to na komputerze.
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Może warto mieć prawdziwego robota i właściwości fizyczne?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Jednym z moich ulubionych zwierząt jest traszka,
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
bo jako płaz
jest naprawdę kluczowa z punktu widzenia ewolucji.
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
Tworzy doskonałe połączenie pomiędzy pływaniem,
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
charakterystycznym dla ryb,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
a poruszaniem się czworonogów, jak u ssaków - kotów i ludzi.
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
Współczesna traszka
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
ma dużo wspólnego z pierwszymi kręgowcami lądowymi,
więc jest prawie żywą skamieliną,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
która daje nam dostęp do przodka
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
naszego i wszystkich lądowych zwierząt czworonożnych.
Traszki pływają,
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
wykonując tak zwany ruch węgorzowy,
czyli płynnie rozprzestrzeniając falę aktywności mięśni od głowy po ogon.
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
Jeśli postawimy traszkę na ziemi,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
przestawi się ona na ruch zwany chodem kłusowym.
Pojawia się okresowa aktywacja kończyn,
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
które są bardzo dobrze skoordynowane
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
z falą stojącą, jaką wykonuje ich ciało.
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
Dokładnie ten sam ruch wykonuje Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Bardzo zaskakujące i fascynujące jest to,
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
że to wszystko może robić sam rdzeń kręgowy i ciało.
Gdyby wziąć traszkę
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
pozbawioną głowy
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
i elektrycznie stymulować rdzeń kręgowy,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
przy niskim poziomie stymulacji wywoła to ruch przypominający chód.
Przy mocniejszej stymulacji ruch ten staje się szybszy.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
W pewnym momencie przekraczamy próg,
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
a zwierzę automatycznie przełącza się na pływanie.
Niesamowite.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Prosta zmiana ogólnego napędu,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
tak jakbyśmy wciskali pedał gazu
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
modulacji zstępującej do rdzenia kręgowego,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
powoduje przełączenie między dwoma różnymi sposobami poruszania się.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
To samo zaobserwowano u kotów.
Kiedy stymuluje się rdzeń kręgowy kota,
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
można przechodzić z chodu w kłus lub 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
U ptaków można przechodzić między chodem
na niskim poziomie stymulacji
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
a trzepotaniem skrzydeł na wysokim poziomie stymulacji.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
To pokazuje, że rdzeń kręgowy
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
jest bardzo złożonym kontrolerem lokomocji.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Zbadaliśmy szczegółowo lokomocję traszki
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
i uzyskaliśmy dostęp do wykonującego nagrania aparatu rentgenowskiego
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
profesora Martina Fischera z Uniwersytetu w Jenie w Niemczech.
Dzięki temu mamy wspaniałą maszynę
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
do szczegółowego nagrywania wszystkich ruchów kości.
Oto, co zrobiliśmy.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
Przede wszystkim dowiedzieliśmy się, które kości są dla nas istotne
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
i zebraliśmy całą bazę danych
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
ich ruchów w 3D,
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
zarówno na ziemi, jak i w wodzie,
żeby uzyskać kompletną bazę zachowań motorycznych,
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
jakie może wykonać zwierzę.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
Naszym zadaniem jako robotyków było skopiowanie ich do naszego robota.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
Przeprowadziliśmy całą optymalizację, żeby znaleźć odpowiednią strukturę,
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
gdzie umieścić mechanizmy ruchowe i jak je połączyć ze sobą,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
żeby jak najdokładniej odwzorować te ruchy.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Tak narodził się Pleurobot.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Spójrzmy, jak blisko mu do prawdziwego zwierzęcia.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
To, co widzicie, jest niemal bezpośrednim porównaniem
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
sposobu chodzenia zwierzęcia i Pleurobota.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
To niemal identyczne odwzorowanie
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
wykonywanych ruchów.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Widać to jeszcze lepiej, puszczając nagranie od końca, w zwolnionym tempie.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Co lepsze, możemy odtworzyć pływanie.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
W tym celu ubieramy robota w skafander.
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Śmiech)
Wtedy możemy umieścić go w wodzie, żeby zaczął odtwarzać ruchy pływackie.
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Byliśmy z tego bardzo zadowoleni, bo jest to trudne do zrealizowania.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
Właściwości fizyczne interakcji są skomplikowane.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Nasz robot jest znacznie większy niż małe zwierzę,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
musieliśmy więc dokonać dynamicznego skalowania częstotliwości,
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
żeby upewnić się, że mamy te same właściwości interakcji.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Jak widzicie, stworzyliśmy bardzo wierne odwzorowanie,
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
z czego jesteśmy bardzo zadowoleni.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Powróćmy do rdzenia kręgowego.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Z Jean-Marie Cabelguenem stworzyliśmy
model obwodu rdzenia kręgowego.
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
Co ciekawe, traszka nadal ma
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
bardzo prymitywny obwód,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
podobny do tego u minoga,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
tej prymitywnej ryby przypominającej węgorza.
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
Wygląda to tak, jakby w procesie ewolucji
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
dodane zostały nowe oscylatory neuronowe
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
kontrolujące poruszanie nogami.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Wiemy, gdzie znajdują się te oscylatory,
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
ale stworzyliśmy matematyczny model,
żeby sprawdzić, jak je połączyć,
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
żeby umożliwić zmianę między dwoma sposobami ruchu.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
Sprawdzaliśmy to na robocie.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Wygląda to tak.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Macie tu wcześniejszą wersję Pleurobota,
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
w pełni kontrolowaną przez nasz model rdzenia kręgowego
zaimplementowany robotowi.
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Za pomocą pilota
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
przesyłamy robotowi
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
dwa hamujące sygnały, które normalnie otrzymałby
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
z wyższych partii mózgu.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Co ciekawe, bawiąc się tymi sygnałami,
możemy kontrolować prędkość, kierunek i typ ruchu.
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
08:41
For instance,
192
521600
1216
Dla przykładu,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
stymulując w niskim stopniu, otrzymujemy chód,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
a w pewnym momencie, jeśli stymulujemy bardziej,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
chód bardzo szybko zmienia się w pływanie.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
Co więcej, możemy również skręcać
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
przez mocniejszą stymulację jednej strony rdzenia.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Myślę, że to piękne,
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
jak natura rozdzieliła kontrolę,
żeby przydzielić wiele zadań rdzeniowi kręgowemu,
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
tak żeby wyższe partie mózgu nie musiały się zajmować każdym mięśniem.
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
Muszą się tylko zajmować zaawansowaną modulacją,
a koordynacja wszystkich mięśni jest zadaniem rdzenia kręgowego.
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Przejdźmy do lokomocji kotów i znaczenia biomechaniki.
Oto inny projekt,
09:19
So this is another project
205
559080
1256
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
w którym badaliśmy biomechanikę kotów,
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
chcąc zobaczyć, jak bardzo morfologia wspomaga lokomocję.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Odkryliśmy trzy ważne
właściwości kończyn.
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Po pierwsze, kończyna kota
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
przypomina trochę pantograf.
Pantograf jest strukturą mechaniczną,
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
zawsze utrzymującą wyższy i niższy segment równolegle.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Prosty geometryczny system, który koordynuje nieco
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
wewnętrzny ruch segmentów.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
Po drugie, kończyny kota są bardzo lekkie.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
Większość mięśni znajduje się w tułowiu,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
dzięki czemu kończyny są mniej bezwładne
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
i można nimi szybko poruszać.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
Ostatnią ważną właściwością jest duża elastyczność kocich kończyn,
która pozwala operować oddziaływaniem i siłami.
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Tak właśnie zaprojektowaliśmy Cheetah-Cub.
Zaprośmy zatem Cheetah-Cub na scenę.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
To jest Peter Eckert, który doktoryzuje się z tego robota.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
Jak widzicie, jest to słodkie maleństwo.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Wygląda trochę jak zabawka,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
ale tak naprawdę został użyty jako narzędzie naukowe
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
do zbadania właściwości kocich nóg.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Jest on bardzo uległy, lekki
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
i elastyczny,
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
można go przyciskać i nie popsuje się.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Będzie raczej podskakiwał.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Ta elastyczność jest bardzo istotna.
Widać tu też właściwości
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
tych trzech segmentów nóg, które działają jak pantograf.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Co ciekawe, ten dynamiczny chód
jest uzyskiwany tylko w otwartej pętli,
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
bez czujników i skomplikowanych pętli sprzężenia zwrotnego.
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
To ciekawe, bo oznacza,
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
że już sama mechanika stabilizuje ten szybki chód,
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
i że tak naprawdę dobra mechanika znacznie upraszcza lokomocję.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
Możemy nawet trochę przeszkadzać w lokomocji,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
co zobaczycie w następnym filmie.
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
Można wykonać parę ćwiczeń, w których robot zejdzie po schodach
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
i nie przewróci się,
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
co było dla nas zaskoczeniem.
To tylko mała perturbacja.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Spodziewałem się, że robot zaraz się przewróci,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
bo nie było czujników czy sprzężenia zwrotnego.
A jednak, mechanika stabilizowała chód
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
i robot nie upadł.
Oczywiście, zwiększając krok i dodając przeszkody,
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
będziemy potrzebować pełnych pętli sterowania, odruchów i całej reszty.
Ważne jest, że przy małej perturbacji
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
ta mechanika dobrze się spisuje.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
Myślę, że to bardzo ważne przesłanie
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
od biomechaniki i robotyki dla neurologii,
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
że nie należy lekceważyć tego, w jakim stopniu ciało wspomaga lokomocję.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Jak się to odnosi do ludzkiej lokomocji?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Człowiek porusza się w sposób bardziej złożony niż koty i traszki.
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
Jednak ludzki układ nerwowy jest bardzo podobny
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
do układów innych kręgowców.
Szczególnie rdzeń kręgowy
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
jest kluczowym narzędziem kontroli ludzkiej lokomocji.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Dlatego jeśli dojdzie do uszkodzenia rdzenia,
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
skutki są dramatyczne.
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
Taka osoba może stać się paraplegikiem lub tetraplegikiem,
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
bo mózg traci łączność
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
z rdzeniem kręgowym.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
Traci szczególnie modulację zstępującą
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
do inicjowania i modulowania lokomocji.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Ważnym celem neuroprotetyki
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
jest reaktywacja tej komunikacji
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
przy użyciu stymulacji elektrycznej czy chemicznej.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Jest na świecie kilka zespołów, które właśnie tym się zajmują,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
głównie na Politechnice EPFL.
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
Grégoire Courtine i Silvestro Micera
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
współpracują ze mną.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Żeby zrobić to dobrze, należy zrozumieć,
jak działa rdzeń kręgowy,
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
jak oddziałuje na ciało
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
i jak mózg się z nim komunikuje.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
Roboty i modele zaprezentowane tu dzisiaj
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
będą, miejmy nadzieję, odgrywać kluczową rolę
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
w realizacji tych bardzo ważnych celów.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Dziękuję.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Brawa)
Bruno Giussani: Auke, widziałem w twoim laboratorium inne roboty,
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
które na przykład podczas pływania
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
mierzą poziom zanieczyszczenia.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Ale co do tego jednego,
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
wspomniałeś w swojej prelekcji o pewnym projekcie pobocznym,
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
poszukiwanie i ratowanie,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
i ten robot ma na nosie kamerę.
Auke Ijspeert: Oczywiście.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Mamy kilka projektów pobocznych,
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
w których chcielibyśmy użyć robotów do poszukiwań i akcji ratowniczych,
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
więc ten robot cię teraz widzi.
Naszym marzeniem jest, żeby w razie
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
zawalenia się lub zalania budynku,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
czyli sytuacji bardzo niebezpiecznej dla ratowników, a nawet psów,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
móc wysłać tam robota, który może czołgać się, pływać, chodzić,
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
z kamerą do badania terenu i szukania osób, które przeżyły,
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
umożliwiając nawet kontakt z nimi.
BG: Oczywiście zakładając, że nie przestraszą się go.
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: Tak, powinnyśmy chyba nieco zmienić jego wygląd,
bo ktoś mógłby dostać zawału
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
ze strachu, że robot go pożre.
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
Zmieniając wygląd i wzmacniając robota,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
możemy z niego zrobić świetne narzędzie.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
Dziękuję bardzo tobie i twojemu zespołowi.
O tej stronie

Na tej stronie poznasz filmy z YouTube, które są przydatne do nauki języka angielskiego. Zobaczysz lekcje angielskiego prowadzone przez najlepszych nauczycieli z całego świata. Kliknij dwukrotnie na angielskie napisy wyświetlane na stronie każdego filmu, aby odtworzyć film od tego miejsca. Napisy przewijają się synchronicznie z odtwarzaniem filmu. Jeśli masz jakieś uwagi lub prośby, skontaktuj się z nami za pomocą formularza kontaktowego.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7