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

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TED


Por favor, clique duas vezes nas legendas em inglês abaixo para reproduzir o vídeo.

Tradutor: Fernando Gonçalves Revisor: Georgina Flores
00:12
This is Pleurobot.
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12760
1840
Este é o Pleurobô.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Ele é um robô que foi projetado para imitar a espécie das salamandras
chamada: "Pleurodeles waltl".
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called Pleurodeles waltl.
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19040
1400
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Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Ele consegue andar, como podem ver,
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and as you'll see later, it can also swim.
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2040
e também consegue nadar, como verão adiante.
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So you might ask, why did we design this robot?
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26280
2191
Pode surgir a pergunta: "Por que projetamos este robô?"
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And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
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28960
3762
Ele foi projetado como uma ferramenta científica para a neurociência.
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Indeed, we designed it together with neurobiologists
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33400
2496
De fato, o desenvolvemos com neurobiologistas
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to understand how animals move,
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35920
1896
para entender como os animais se movem
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and especially how the spinal cord controls locomotion.
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37840
2760
e, especialmente, como a medula espinhal controla o movimento.
00:41
But the more I work in biorobotics,
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41560
1696
Mas quanto mais trabalho em biorrobótica,
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the more I'm really impressed by animal locomotion.
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43280
2381
mais me impressiono pela locomoção animal.
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If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
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45920
4296
Se pensarmos num golfinho nadando, num gato correndo ou pulando por aí...
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or even us as humans,
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1576
ou ate mesmo em nós, humanos,
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when you go jogging or play tennis,
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quando corremos ou jogamos tênis,
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we do amazing things.
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fazemos coisas incríveis.
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And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
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E de fato, nosso sistema nervoso resolve um problema de controle muito complexo.
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It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
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3096
Ele tem que coordenar, mais ou menos, 200 músculos perfeitamente,
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because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
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porque se a coordenação for ruim, cairemos ou nos locomoveremos mal.
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And my goal is to understand how this works.
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67560
2720
E meu objetivo é entender como isso funciona.
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There are four main components behind animal locomotion.
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71160
2840
Há quatro componentes principais por trás da locomoção animal.
01:14
The first component is just the body,
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74800
1936
O primeiro componente é o corpo em si,
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and in fact we should never underestimate
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76760
1976
e nunca deveríamos subestimar
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to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
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78760
3480
em que medida a biomecânica já simplifica a locomoção em animais.
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Then you have the spinal cord,
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82920
1456
Depois, há a medula espinhal,
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and in the spinal cord you find reflexes,
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84400
1976
e nela há os reflexos;
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multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
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86400
3456
múltiplos reflexos que criam um circuito de coordenação sensório-motora
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between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
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89880
3480
entre a atividade neuronal na medula espinhal e a atividade mecânica.
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A third component are central pattern generators.
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94000
2976
O terceiro componente são os geradores de padrão central.
São circuitos bem interessantes na medula espinhal de animais vertebrados
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These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
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97000
3896
01:40
that can generate, by themselves,
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100920
1616
que podem gerar, por si mesmos,
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
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102560
2736
padrões rítmicos de atividade bem coordenados
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while receiving only very simple input signals.
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105320
2376
enquanto recebem apenas sinais de entrada bem simples.
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And these input signals
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107720
1216
E esses sinais de entrada
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coming from descending modulation from higher parts of the brain,
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108960
3056
que vêm da modulação descendente das partes mais altas do cérebro,
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
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112040
2696
como o córtex motor, o cerebelo, os gânglios basais,
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will all modulate activity of the spinal cord
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2136
irão modular a atividade da medula espinhal
01:56
while we do locomotion.
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116920
1456
enquanto nos locomovemos.
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But what's interesting is to what extent just a low-level component,
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118400
3216
Mas o interessante é que apenas um componente de baixo nível,
02:01
the spinal cord, together with the body,
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121640
1936
a medula espinhal, com o corpo,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
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123600
2456
já resolve a maior parte do problema de locomoção.
Sabe-se disso, pois se a cabeça de uma galinha for arrancada,
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You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
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126080
3422
ela ainda correrá um pouco,
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it can still run for a while,
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129532
1381
mostrando que apenas a parte baixa, medula espinhal e corpo,
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
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130937
2539
já resolve uma grande parte da locomoção.
02:13
already solve a big part of locomotion.
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133500
1873
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
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135397
2459
Agora, entender como isso funciona é bem complexo,
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because first of all,
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137880
1296
porque, em primeiro lugar,
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recording activity in the spinal cord is very difficult.
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139200
2620
registrar a atividade na medula espinhal é muito difícil.
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It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
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141844
2772
É mais fácil implantar eletrodos no córtex motor
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than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
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144640
3056
do que na medula espinhal, já que ela é protegida pelas vértebras.
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Especially in humans, very hard to do.
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147720
1816
É muito difícil de se fazer em humanos.
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A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
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149560
3776
A segunda dificuldade é que a locomoção se dá numa complicadíssima
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and very dynamic interaction between these four components.
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153360
3056
e muito dinâmica interação entre esses quatro componentes.
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So it's very hard to find out what's the role of each over time.
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156440
3240
Então é bem difícil descobrir qual é o papel de cada um o tempo todo.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
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160880
3736
É aí que os biorrobôs, como o Pleurobô e modelos matemáticos
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can really help.
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164640
1200
podem ajudar.
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So what's biorobotics?
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167480
1256
O que são os biorrobôs?
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Biorobotics is a very active field of research in robotics
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168760
2736
Os biorrobôs são um campo bem ativo de pesquisa na Robótica,
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where people want to take inspiration from animals
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171520
2456
no qual as pessoas querem se inspirar nos animais
para fazer com que os robôs saiam ao ar livre,
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to make robots to go outdoors,
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174000
2456
02:56
like service robots or search and rescue robots
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176480
2656
como os robôs de manutenção, de pesquisa e resgate
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or field robots.
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179160
1200
ou de campo.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
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180880
2696
E o maior objetivo é se inspirar nos animais
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to make robots that can handle complex terrain --
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183600
2336
para que os robôs lidem com terrenos complexos:
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stairs, mountains, forests,
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185960
1616
escadas, montanhas, florestas,
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places where robots still have difficulties
65
187600
2016
lugares onde eles ainda têm dificuldades e onde os animais se viram muito melhor.
03:09
and where animals can do a much better job.
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189640
2056
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
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191720
2496
O robô pode ser uma maravilhosa ferramenta científica também.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
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194240
2620
Há uns projetos legais em que os robôs são usados
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like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
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196884
3972
como uma ferramenta científica para a neurociência, biomecânica
ou hidrodinâmica.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
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200880
2120
E essa é exatamente a finalidade do Pleurobô.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
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203600
2936
E o que fazemos no meu laboratório é colaborar com neurobiologistas,
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
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206560
3216
como Jean-Marie Cabelguen, um neurobiologista de Bordeaux, na França,
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and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
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209800
4040
e queremos fazer modelos de medula espinhal e validá-los nos robôs.
03:34
And here we want to start simple.
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214480
1616
E queremos começar do básico.
Então é bom começar com animais simples,
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So it's good to start with simple animals
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216120
1976
como as lampreias, que são peixes bem primitivos
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
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218120
2256
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
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220400
2496
e aos poucos avançar para a locomoção mais complexa,
03:42
like in salamanders,
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222920
1256
como a das salamandras,
03:44
but also in cats and in humans,
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224200
1496
mas também a dos gatos, humanos
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in mammals.
80
225720
1200
e mamíferos.
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And here, a robot becomes an interesting tool
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227880
2376
E aqui o robô torna-se uma interessante ferramenta
03:50
to validate our models.
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230280
1936
para validar nossos modelos.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
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232240
3016
De fato, para mim, o Pleurobô é um tipo de sonho se tornando realidade.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
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235280
3256
Há mais ou menos 20 anos, eu já trabalhava no computador
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making simulations of lamprey and salamander locomotion
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238560
2656
fazendo simulações da locomoção das lampreias e salamandras,
04:01
during my PhD.
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241240
1536
durante meu doutorado.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
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242800
3376
Mas eu sempre soube que minhas simulações eram apenas aproximações.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
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246200
3976
Por exemplo, simular a física na água, ou na lama, ou num terreno complexo;
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
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250200
2656
é muito difícil simular isso adequadamente num computador.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Por que não ter um robô real e física real?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
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255600
3136
Dentre todos esses animais, um dos meus favoritos é a salamandra.
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You might ask why, and it's because as an amphibian,
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258760
3456
Dá para questionar o porquê disso; a razão é que, como um anfíbio,
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
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262240
2856
é um animal chave do ponto de vista evolutivo.
Ela faz uma maravilhosa ligação entre o nado,
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
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265120
2056
como se vê nas enguias ou peixes,
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as you find it in eels or fish,
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267200
1896
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
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269120
4120
e a locomoção quadrúpede, como se vê nos mamíferos, gatos e humanos.
04:34
And in fact, the modern salamander
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274160
1656
Na verdade, a salamandra moderna
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is very close to the first terrestrial vertebrate,
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275840
2376
é bem próxima do primeiro vertebrado terrestre,
então ela é quase um fóssil vivo
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so it's almost a living fossil,
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278240
1536
04:39
which gives us access to our ancestor,
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279800
1936
que nos dá acesso ao nosso ancestral,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
o ancestral de todos os tetrápodes terrestres.
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So the salamander swims
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285240
1376
A salamandra nada
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by doing what's called an anguilliform swimming gait,
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286640
2496
ao fazer o que se chama natação anguiliforme.
Ela propaga uma interessante onda de atividade muscular, da cabeça à cauda.
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
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289160
3640
04:53
And if you place the salamander on the ground,
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293440
2176
E se a salamandra for posta no chão,
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it switches to what's called a walking trot gait.
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295640
2336
ela muda para o que se chama caminhada em marcha.
Neste caso, há uma interessante ativação periódica dos membros,
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
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298000
2863
05:00
which are very nicely coordinated
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300887
1609
que são muito bem coordenados, com esta ondulação estacionária do corpo,
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
e esta é exatamente a marcha que se vê aqui no Pleurobô.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Agora, uma coisa que é bem surpreendente e fascinante, na verdade,
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
é o fato de que tudo isso pode ser gerado apenas pela medula espinhal e o corpo.
Então, se pegarmos uma salamandra sem o cérebro...
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
não é tão legal, pois se remove sua cabeça...
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
e estimularmos eletricamente a medula espinhal,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
num nível baixo de estimulação, isso induzirá a uma caminhada em marcha.
Se a estimulação for um pouco maior, a marcha acelera.
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
Em determinado ponto, há um limiar
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
e, automaticamente, o animal começa a nadar.
Isso é incrível!
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Apenas mudando o estímulo global, como se estivesse pisando no acelerador
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
da modulação descendente à medula espinhal,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
faz com que ocorra uma mudança completa entre duas marchas bem diferentes.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
O mesmo fenômeno foi observado em gatos.
Estimulando a medula espinhal de um gato,
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
pode-se mudar entre o caminhar, o trote e o galope.
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
Ou em pássaros, pode-se mudar entre caminhada,
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
num nível baixo de estimulação,
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
e o bater de asas num nível alto.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
E isso mostra que a medula espinhal
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
é um controlador de locomoção muito sofisticado.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Então estudamos a locomoção da salamandra detalhadamente,
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
e conseguimos ter acesso a uma máquina de vídeo de raio X
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
do Professor Martin Fischer na Universidade de Jena, na Alemanha.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
E graças a isso, há uma máquina incrível
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
para registrar toda a movimentação de ossos detalhadamente.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Foi isso o que fizemos.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
Basicamente, descobrimos quais ossos são importantes para nós
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
e coletamos seus movimentos em 3D.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
O que fizemos foi coletar um banco de dados completo de movimentos,
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
tanto na terra como na água,
para ter um banco de dados pleno dos comportamentos motores
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
que um animal de verdade tem.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
E nosso trabalho como roboticistas foi replicar isso no robô.
Fizemos um completo processo de otimização para encontrar a estrutura certa,
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
onde colocar os motores, como conectá-los,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
para ser capaz de reproduzir os movimentos da melhor forma possível.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
E foi assim que o Pleurobô veio à vida.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Vamos ver então a sua semelhança em relação a um animal real.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
O que se vê aqui é quase uma comparação direta
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
entre o caminhar de um animal real e o Pleurobô.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Pode-se notar que temos uma reprodução quase exata
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
da caminhada em marcha.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Se formos lentamente, a percepção é ainda melhor.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Mas melhor ainda, podemos fazê-lo nadar.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Para isso temos um traje impermeável que colocamos pelo robô inteiro;
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Risos)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
e então podemos colocá-lo na água e a começar a reproduzir o nado.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Ficamos muito felizes aqui, porque isso é bem difícil de se fazer.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
A física de interação é complexa.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Nosso robô é muito maior do que um animal pequeno,
então fizemos o que se chama de escalonamento dinâmico das frequências,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
para assegurar que tínhamos as mesmas interações físicas.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Mas nota-se que obtivemos uma relação bem próxima
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
e ficamos muito, muito felizes com isso.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Vamos então para a medula espinhal.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
O que fizemos aqui com Jean-Marie Cabelguen
é um modelo de circuitos da medula espinhal.
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
O interessante é que a salamandra
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
manteve um circuito muito primitivo,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
que é muito parecido com o que encontramos na lampreia,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
esta enguia primitiva;
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
e parece que durante a evolução,
novos osciladores neuronais foram adicionados para controlar os membros,
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
para fazer a locomoção da pata.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Sabemos onde estão esses osciladores,
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
mas o que fizemos foi criar um modelo matemático
para ver como eles poderiam ser acoplados
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
para permitir a transição entre esses dois movimentos díspares.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
E testamos isso a bordo de um robô.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
E é assim que fica.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
O que se vê aqui é a versão anterior do Pleurobô
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
que é completamente controlada pelo nosso modelo de medula espinhal
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
programada a bordo do robô.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
E a única coisa que fazemos
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
é enviar ao robô, por um controle remoto,
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
os dois sinais descendentes que ele normalmente receberia
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
da parte superior do cérebro.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
E ao brincar com esses sinais,
podemos controlar completamente a velocidade, direção e tipo de movimento.
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
08:41
For instance,
192
521600
1216
Por exemplo,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
quando estimulamos num nível baixo, temos o movimento de caminhada,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
e num determinado ponto, se estimulamos muito,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
rapidamente ele muda para o nado.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
E finalmente, podemos também fazer desvios com destreza,
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
apenas ao estimular mais um lado da medula espinhal do que outro.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Eu acho muito bonito,
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
o modo como a natureza distribuiu o controle
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
para dar à medula espinhal muita responsabilidade,
assim, a parte superior do cérebro não precisa se preocupar com cada músculo,
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
mas apenas com a modulação de alto nível,
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
e esse é o trabalho da medula espinhal para coordenar todos os músculos.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Vamos agora para a locomoção dos gatos e a importância da biomecânica.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Este é outro projeto,
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
no qual estudamos a biomecânica dos gatos
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
e queremos ver o quanto a morfologia ajuda na locomoção.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
E encontramos três critérios importantes nas propriedades
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
dos membros, basicamente.
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
A primeira é que o membro de um gato
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
parece mais ou menos como uma estrutura pantográfica.
Um pantógrafo é uma estrutura mecânica
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
que mantém o segmento superior e inferior sempre paralelos.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Um sistema geométrico simples que coordena um pouco
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
o movimento interno dos segmentos.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
A segunda propriedade dos membros dos gatos é que eles são bem leves.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
A maioria dos músculos está no tronco,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
uma boa ideia, já que os membros têm baixa inércia
e podem se mover bem rápido.
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
O último item importante é este jeito elástico dos membros felinos,
para lidar com impactos e forças.
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
E é assim como projetamos o Cheetah-Cub.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Vamos chamar o Cheetah-Cub ao palco.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
Este é Peter Eckert, que faz seu doutorado neste robô,
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
e como se pode ver, é um robozinho bonito.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Parece um brinquedo,
mas foi usado mesmo como uma ferramenta científica
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
para investigar as propriedades das patas dos gatos.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Como se nota, ele é bem dócil, bem leve
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
e também bem elástico;
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
então dá até para pressioná-lo que ele não vai quebrar.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Ele vai apenas pular, na verdade.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
E essa propriedade bem elástica é também muito importante.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
E dá para ver também um pouco dessas propriedades
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
desses três segmentos da pata como um pantógrafo.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
O que é mais interessante é que esta caminhada bem dinâmica
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
é obtida exclusivamente em malha aberta,
ou seja, sem sensores, sem malhas complexas de feedback.
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
E isso é interessante, já que significa
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
que apenas a mecânica conseguiu estabilizar esta marcha bem rápida
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
e que a boa mecânica praticamente simplifica a locomoção.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
Na medida em que pudermos dificultar um pouco a locomoção,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
como se pode ver no próximo vídeo,
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
em que fazemos um exercício no qual o robô desce um degrau,
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
e ele não cai,
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
o que foi uma surpresa para nós.
Este é um pequeno obstáculo.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Eu esperava que o robô fosse cair imediatamente,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
pois não há sensores, nenhuma malha rápida de feedback.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Mas não, somente a mecânica estabilizou a marcha,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
e o robô não cai.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Claro, se você aumentar o degrau e se você tiver obstáculos,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
será preciso malhas de controle completas, reflexos e tudo mais.
Mas o que importa aqui é que para um pequeno obstáculo,
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
a mecânica é justa.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
E creio que isso seja uma mensagem bem importante
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
da biomecânica e da robótica para a neurociência,
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
dizendo para não subestimar o poder do corpo em ajudar na locomoção.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Agora, qual é a relação disso com a locomoção humana?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
A locomoção humana é mais complexa do que a de um gato ou salamandra,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
mas, ao mesmo tempo, o sistema nervoso humano é bem similar
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
ao dos outros vertebrados.
Particularmente a medula espinhal
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
é também o controle fundamental para a locomoção nos humanos.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
É por isso que se há uma lesão na medula espinhal,
ocorrem danos graves.
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
A pessoa pode ficar paraplégica ou tetraplégica.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Isso porque o cérebro perde a comunicação
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
com a medula espinhal.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
Precisamente, ele perde a modulação descendente
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
para iniciar e modular a locomoção.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Um grande objetivo da neuroprostética
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
é ser capaz de reativar essa comunicação
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
usando estimulações elétricas e químicas.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
E há várias equipes no mundo que fazem exatamente isso,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
especialmente na EPFL.
Meus colegas Grégoire Courtine e Silvestro Micera,
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
com os quais eu colaboro.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Mas para fazer isso adequadamente, é muito importante entender
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
como funciona a medula espinhal,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
como ela interage com o corpo
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
e como o cérebro se comunica com ela.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
É aí que os robôs e modelos que eu apresentei hoje
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
terão, tomara, um papel fundamental
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
em direção a esses importantes objetivos.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Obrigado.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Aplausos)
Bruno Giussani: Auke, eu vi outros robôs em seu laboratório
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
que fazem coisas como nadar na poluição
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
e medi-la enquanto nadam.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Mas este aqui,
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
você citou na sua palestra, como um projeto à parte,
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
faz busca e regate,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
e ele tem uma câmera no nariz.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Auke Ijspeert: Claro. O robô...
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
Temos alguns projetos derivados
que gostaríamos de ter os robôs fazendo inspeções de busca e resgate,
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
então agora o robô está vendo você.
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And the big dream is to, if you have a difficult situation
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E o grande sonho é que se você tiver uma situação complicada,
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like a collapsed building or a building that is flooded,
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como um prédio desmoronado ou que está inundado,
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and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
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e isso é muito perigoso para equipes ou mesmo cães de resgate,
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why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
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por que não enviar um robô que pode rastejar, nadar, andar,
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with a camera onboard to do inspection and identify survivors
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com uma câmera a bordo para inspecionar, identificar sobreviventes
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and possibly create a communication link with the survivor.
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e talvez criar um link de comunicação com o sobrevivente?
BG: Claro, considerando que os sobreviventes não fiquem com medo
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BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
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pela forma disso.
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AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
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AI: É, nós devíamos mudar um pouco a aparência,
porque eu acho que aqui o sobrevivente poderia morrer de infarto
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because here I guess a survivor might die of a heart attack
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ao temer que isso fosse se alimentar dele.
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just of being worried that this would feed on you.
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But by changing the appearance and it making it more robust,
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Mas ao mudarmos a aparência e torná-lo mais robusto,
estou certo de que será uma boa ferramenta.
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
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BG: Muito obrigado. Obrigado a você e à sua equipe.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
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