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

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TED


Por favor, faça duplo clique nas legendas em inglês abaixo para reproduzir o vídeo.

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Isabel Vaz Belchior
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Este é o Pleurobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
O Pleurobot é um robô que concebemos para imitar uma espécie de salamandras
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
chamada Pleurodeles waltl.
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Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
O Pleurobot anda, como veem aqui
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and as you'll see later, it can also swim.
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23520
2040
e, como verão depois, também nada.
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So you might ask, why did we design this robot?
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26280
2191
Podem perguntar: "Porque é que conceberam esse 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
Este robô foi concebido como um instrumento científico
para a neurociência.
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Indeed, we designed it together with neurobiologists
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33400
2496
Foi concebido em conjunto com neurobiólogos
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to understand how animals move,
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35920
1896
para compreender como se movem os animais
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and especially how the spinal cord controls locomotion.
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37840
2760
e, em especial, como é que a espinal medula controla a locomoção.
00:41
But the more I work in biorobotics,
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41560
1696
Mas, quanto mais trabalho em bio-robótica,
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the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
mais a locomoção animal me impressiona.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
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45920
4296
Se pensarem num golfinho a nadar, num gato a correr ou a saltar,
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or even us as humans,
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50240
1576
ou mesmo em nós, seres humanos,
00:51
when you go jogging or play tennis,
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51840
1816
quando fazemos "jogging" ou jogamos ténis,
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we do amazing things.
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53680
1240
são tudo coisas espantosas.
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And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
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55880
4136
O nosso sistema nervoso resolve um problema de controlo muito complexo.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
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60040
3096
Tem que coordenar perfeitamente mais ou menos 200 músculos,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
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63160
3680
porque, se a coordenação for má, caímos ou movemo-nos mal.
01:07
And my goal is to understand how this works.
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67560
2720
O meu objetivo é compreender como é que isto funciona.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
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71160
2840
Há quatro componentes principais por detrás da locomoção animal.
01:14
The first component is just the body,
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74800
1936
O primeiro componente é o corpo.
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and in fact we should never underestimate
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76760
1976
Nunca devemos subestimar
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to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
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78760
3480
até que ponto a biomecânica já simplifica a locomoção nos animais.
01:22
Then you have the spinal cord,
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82920
1456
Depois, temos a espinal medula.
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
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84400
1976
Na espinal medula, encontramos reflexos,
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
múltiplos reflexos que criam um ciclo de coordenação sensoriomotora
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
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89880
3480
entre a atividade neural da espinal medula e a atividade mecânica.
01:34
A third component are central pattern generators.
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94000
2976
Um terceiro componente são os geradores de padrões centrais.
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These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
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97000
3896
São circuitos muito interessantes na espinal medula dos animais vertebrados
01:40
that can generate, by themselves,
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100920
1616
que podem gerar, por si só,
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
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102560
2736
padrões rítmicos de atividade muito coordenados
01:45
while receiving only very simple input signals.
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105320
2376
enquanto recebem apenas sinais de entrada muito simples.
01:47
And these input signals
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107720
1216
Estes sinais de entrada
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
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108960
3056
vindos de modulação descendente de 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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114760
2136
vão modular a atividade da espinal medula
01:56
while we do locomotion.
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116920
1456
enquanto nos movemos.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
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118400
3216
O interessante é até que ponto um componente de baixo nível,
02:01
the spinal cord, together with the body,
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121640
1936
a espinal medula, juntamente com o corpo,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
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123600
2456
resolve uma grande parte do problema da locomoção.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
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126080
3422
Podemos cortar a cabeça a uma galinha
e ela continua a correr durante um bocado,
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it can still run for a while,
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129532
1381
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
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130937
2539
mostrando que a parte inferior da espinal medula e do corpo
02:13
already solve a big part of locomotion.
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133500
1873
resolve uma grande parte da locomoção.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
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135397
2459
Compreender como é que isto funciona é muito complicada,
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because first of all,
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137880
1296
porque, primeiro que tudo,
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recording activity in the spinal cord is very difficult.
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139200
2620
é muito difícil registar a atividade da espinal medula.
02:21
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
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141844
2772
É mais fácil implantar elétrodos no córtex motor
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
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144640
3056
do que na espinal medula, porque esta está protegida pelas vértebras.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Sobretudo nas pessoas, é muito difícil de fazer.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
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149560
3776
Uma segunda dificuldade é que a locomoção é devida a uma interação
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
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153360
3056
muito complexa e muito dinâmica entre estes quatro componentes.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
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156440
3240
Por isso, é muito difícil descobrir qual é o papel de cada um, ao longo do tempo.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
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160880
3736
É aqui que os bio-robôs, como o Pleurobot, e os 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
Mas o que é a bio-robótica?
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Biorobotics is a very active field of research in robotics
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168760
2736
A bio-robótica é uma área de investigação muito ativa, na robótica
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where people want to take inspiration from animals
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171520
2456
em que as pessoas se inspiram nos animais
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to make robots to go outdoors,
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174000
2456
para fazerem sair os robôs para a rua,
02:56
like service robots or search and rescue robots
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176480
2656
como robôs de serviços, de pesquisa ou de salvamento,
02:59
or field robots.
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179160
1200
ou robôs de terreno.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
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180880
2696
O grande objetivo é inspirar-se nos animais
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
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183600
2336
para fazer robôs que possam andar em terrenos complexos
03:05
stairs, mountains, forests,
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185960
1616
— escadas, montanhas, florestas —
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
locais onde os robôs ainda têm dificuldades
03:09
and where animals can do a much better job.
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189640
2056
e os animais podem fazer um trabalho muito melhor.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
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191720
2496
O robô pode ser um instrumento científico maravilhoso.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
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194240
2620
Há projetos muito bons em que se usam robôs,
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
como um instrumento científico para a neurociência,
a biomecânica ou a hidrodinâmica.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
Este é exatamente o objetivo do Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
No meu laboratório colaboramos com neurobiólogos
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
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206560
3216
como Jean-Marie Cabelguen, um neurobiólogo de Bordéus, em França.
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
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209800
4040
Queremos fazer modelos de espinais medulas e validá-los em robôs.
03:34
And here we want to start simple.
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214480
1616
E queremos começar de modo simples.
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So it's good to start with simple animals
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216120
1976
Convém começar com animais simples
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
como as lampreias, que são peixes muito primitivos.
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
Depois avançar para uma locomoção mais complexa,
03:42
like in salamanders,
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222920
1256
como a das salamandras, mas também em gatos
03:44
but also in cats and in humans,
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224200
1496
03:45
in mammals.
80
225720
1200
em pessoas, em mamíferos.
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
Aí, um robô começa a ser um instrumento interessante
03:50
to validate our models.
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230280
1936
para validar os nossos modelos.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Para mim, o Pleurobot é uma espécie de sonho tornado realidade.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Eu comecei a trabalhar num computador mais ou menos há 20 anos,
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
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238560
2656
fazendo uma simulação da locomoção duma lampreia e duma salamandra,
04:01
during my PhD.
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241240
1536
durante o meu doutoramento.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
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242800
3376
Mas sempre soube que as minhas simulações não passavam de aproximações.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
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246200
3976
Simular a física da água, da lama ou dum solo complexo,
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
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250200
2656
num computador, é muito difícil.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Porque não ter um robô real e uma física real?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Entre todos esses animais, um dos meus preferidos é a salamandra.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Podem perguntar porquê. É porque é um anfíbio.
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it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
É um verdadeiro animal-chave, do ponto de vista evolutivo.
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
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265120
2056
Constitui um elo maravilhoso entre a natação,
04:27
as you find it in eels or fish,
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267200
1896
como encontramos nas enguias ou nos peixes.
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
e a locomoção quadrúpede, como vemos nos mamíferos, em gatos e nas pessoas.
04:34
And in fact, the modern salamander
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274160
1656
A salamandra moderna está muito próxima
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
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275840
2376
dos primeiros vertebrados terrestres,
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so it's almost a living fossil,
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278240
1536
por isso é quase um fóssil vivo
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
que nos dá acesso ao nosso antepassado,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
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281760
2920
o antepassado de todos os tetrápodes terrestres.
04:45
So the salamander swims
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285240
1376
A salamandra nada
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
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286640
2496
fazendo uma marcha natatória anguiliforme,
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
propagando uma bela onda de atividade muscular da cabeça até à cauda.
04:53
And if you place the salamander on the ground,
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293440
2176
Se colocarmos a salamandra no chão,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
ela muda para uma marcha de trote.
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
Neste caso, temos uma ativação periódica dos membros
05:00
which are very nicely coordinated
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300887
1609
que são coordenados perfeitamente
05:02
with this standing wave undulation of the body,
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302520
2656
com a ondulação do corpo
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
e que é exatamente a marcha que estão a ver no Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
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308880
2976
Uma coisa surpreendente e fascinante
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
é que tudo isso pode ser gerado apenas pela espinal medula e pelo corpo.
Se arranjarmos uma salamandra sem 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 muito bonito, mas cortamos-lhe a cabeça —
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
e se estimularmos eletricamente a espinal medula,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
um nível baixo de estímulo induzirá uma marcha tipo andar.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Se estimularmos um pouco mais, a marcha acelera.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
A certa altura, atinge-se um limiar
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
e, automaticamente, o animal muda para nadar.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
É espantoso!
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Basta mudar o impulso global, como se carregássemos 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 da espinal medula,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
e há uma mudança total entre duas marchas muito diferentes.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
Na verdade, podemos observar o mesmo nos gatos.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Se estimularmos a espinal medula dum gato,
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
podemos mudar entre andar, trotar e galopar.
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
Ou nas aves, podemos fazer com que uma ave mude
entre o andar, com um nível baixo de estímulo,
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
e bater as asas, com um estímulo de alto nível.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Isto mostra que a espinal medula
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
é um controlador da locomoção muito sofisticado.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Estudámos a locomoção da salamandra com mais pormenor.
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
Tivemos acesso a uma máquina de vídeo de raios-X muito boa
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
do Professor Martin Fischer da Universidade Jena na Alemanha.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
Graças a isso, temos uma máquina fantástica
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
para registar todo o movimento ósseo com grande pormenor.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Foi o que fizemos.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
Descobrimos quais são os ossos que são importantes para nós
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
e registámos o seu movimento a 3D.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Reunimos toda uma base de dados de movimentos
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
tanto no terreno como na água.
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
Reunimos uma base de dados de comportamentos motores
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
que um animal pode fazer.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
A nossa tarefa era reproduzir isso no nosso robô.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
Fizemos todo um processo de otimização para encontrar a estrutura correta,
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
onde colocar os motores, como ligá-los uns aos outros,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
para conseguir reproduzir esses movimentos o melhor possível.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Foi assim que nasceu o Pleurobot.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Vejamos como é parecido com o animal real.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
O que aqui veem é quase uma comparação direta
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
entre o andar do animal real e o Pleurobot.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Podem ver que temos uma repetição da marcha quase exata.
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Se recuarem, ainda se vê melhor.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Mas, melhor ainda, podemos pô-lo a 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 fato seco com que envolvemos o robô...
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
... depois podemos pô-lo na água e começar a repetir a marcha da natação.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Ficámos muito satisfeitos, porque isto também é difícil de fazer.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
A física da interação é complexa.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
O nosso robô é muito maior do que um pequeno animal,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
por isso tivemos que fazer um aumento dinâmico das frequências
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
para garantir que tínhamos a mesma física de interação.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Veem que temos uma parecença muito grande
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
e ficámos imensamente satisfeitos com isso.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Vamos então à espinal medula.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Com Jean-Marie Cabelguen,
fizemos o modelo dos circuitos da espinal medula.
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 semelhante ao que encontramos na lampreia,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
esse peixe primitivo, tipo enguia,
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
e parece que, durante a evolução,
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
foram acrescentados novos osciladores neurais,
para controlar os membros, para a locomoção das pernas.
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Sabemos onde estão esses osciladores neurais
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
mas fizemos um modelo matemático
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
para ver como devem ser acoplados
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
para permitir a transição entre os dois tipos de marcha muito diferentes.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
Testámos isso integrado num robô.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
É assim que se comporta.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
O que vemos aqui é uma versão anterior do Pleurobot
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
que é totalmente controlada pelo nosso modelo de espinal medula
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
programado no interior do robô.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
A única coisa que fazemos
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
é enviar para o robô, através dum telecomando
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
os dois sinais descendentes que normalmente devia receber
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
O interessante é que, jogando com estes sinais,
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
podemos controlar totalmente a velocidade, a direção e o tipo de marcha.
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 a baixo nível, temos a marcha de andar.
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
A certa altura, se estimularmos mais,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
muito rapidamente, ele muda para o movimento de natação.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
Por fim, também podemos fazê-lo virar-se, muito facilmente,
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
estimulando a espinal medula mais dum lado do que o outro.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Acho que é mesmo muito bonito
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
como a Natureza distribuiu o controlo
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
para dar tanta responsabilidade à espinal medula
de modo que a parte superior do cérebro não se preocupe com todos os músculos.
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
Só se preocupa com esta modulação de alto nível.
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
É de facto a tarefa da espinal medula coordenar todos os músculos.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Vamos agora à locomoção do gato e à importância da biomecânica.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Isto é outro projeto
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
em que estudámos a biomecânica do gato.
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
Quisemos ver até que ponto a morfologia ajuda a locomoção.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Descobrimos três critérios importantes
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
nas propriedades dos membros.
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
O primeiro é que os membros dum gato
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
parecem-se mais ou menos com uma estrutura tipo pantógrafo.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
Um pantógrafo é uma estrutura mecânica
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
que mantém sempre em paralelo
o segmento superior e os segmentos inferiores.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
É um simples sistema geométrico 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 do gato é que têm muito pouco peso.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
A maior parte dos músculos estão no tronco,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
o que é bom, porque os membros ficam com uma inércia baixa
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
e podem mover-se muito rapidamente.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
A última propriedade importante
é o comportamento muito elástico dos membros do gato
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
que gerem os impactos e as forças.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
É aquilo a que chamamos o Cheetah-Cub.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Vamos convidar o Cheetah-Cub a subir 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 o doutoramento com este robô.
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
Como veem, é um pequeno robô amoroso.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Parece um brinquedo, mas é usado como instrumento científico
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 estas propriedades das pernas do gato.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Como veem, é muito obediente, muito leve e também muito elástico.
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
por isso podemos pressioná-lo que ele não se parte.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Apenas salta.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Esta propriedade muito elástica também é muito importante.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Também veem um pouco estas propriedades
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
destes três segmentos da perna, como um pantógrafo.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
O interessante é que ` esta marcha muito dinâmica
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
se obtém apenas num ciclo aberto,
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
ou seja, não há sensores, não há ciclos complexos de "feedback".
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
E é interessante, porque significa
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
que a mecânica já estabilizou esta marcha muito rápida
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
e uma mecânica muito boa já simplifica a locomoção,
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
até ao ponto de que podemos perturbar um pouco a locomoção,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
como verão 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, por exemplo, fazemos o robô descer um degrau
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
e o robô não cairá, o que, para nós, foi uma surpresa.
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
Esta é uma pequena perturbação.
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 estava à espera que o robô caísse imediatamente,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
porque não há sensores, não há "feedback" da velocidade.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Mas não, bastou a mecânica para estabilizar 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
Obviamente, se o degrau for maior e tivermos obstáculos,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
serão necessários todos os ciclos de controlo e os reflexos.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Mas o importante aqui é que, para uma pequena perturbação,
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
a mecânica chega.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
Penso que isto é uma mensagem muito 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 que não devemos subestimar
até que ponto o corpo já ajuda a locomoção.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Ora bem, como é que isto se relaciona 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 locomoção do gato e da 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 do ser humano é muito semelhante
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
ao dos outros vertebrados.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
Especialmente, a espinal medula
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
também é o controlador-chave da locomoção nos seres 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 espinal medula
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
os efeitos são dramáticos.
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
porque o cérebro perde a comunicação com a espinal medula.
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
Em especial, perde esta 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 prostética neural
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
é poder reativar essa comunicação
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
usando estímulos elétricos ou químicos.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Há várias equipas no mundo que fazem exatamente isso,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
especialmente na Escola Politécnica Federal de Lausana.
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
Os meus colegas Grégoire Courtine e Silvestro Micera,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
com quem eu colaboro.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Fazer isto como deve ser é muito importante para compreender
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
como funciona a espinal medula,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
como interage com o corpo,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
e como o cérebro comunica com a espinal medula.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
É aqui que os robôs e os modelos que apresentei hoje
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
desempenham, esperemos, um papel fundamental
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
para esses objetivos muito importantes.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Obrigado.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Aplausos)
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots
288
784100
2636
Bruno Giussani: Auke, vi outros robôs no seu laboratório
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 medir a poluição, 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
que referiu na sua palestra, como um projeto lateral,
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
pesquisa e salva,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
e tem uma câmara no nariz.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Auke Ijspeert: Pois é.
Temos alguns projetos subsidiários
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
em que gostaríamos de usar os robôs para pesquisa e inspeção de salvamento.
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
Este robô está agora a vê-lo.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
O grande sonho é que, se houver uma situação difícil,
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
como um edifício que ruiu, ou um edifício que está inundado,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
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e seja muito perigoso para uma equipa de salvamento ou para cães de salvamento,
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why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
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2896
porque não enviar um robô que pode rastejar, nadar, andar
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
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com uma câmara incorporada para inspecionar e identificar sobreviventes
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
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e criar uma ligação de comunicação com o sobrevivente.
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BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
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BG: Presumindo que os sobreviventes não se assustem com a forma disto.
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AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
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AI: Sim, provavelmente temos que mudar um pouco o aspeto.
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because here I guess a survivor might die of a heart attack
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Acho que um sobrevivente pode morrer com um ataque de coração
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just of being worried that this would feed on you.
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com medo de ser comido por ele.
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But by changing the appearance and it making it more robust,
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Mas, se mudarmos o aspeto e o tornarmos mais robusto,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
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certamente podemos fazer dele um bom instrumento.
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BG: Thank you very much. Thank you and your team.
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BG: Muito obrigado. Obrigado a si e à sua equipa.
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