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

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


Vă rugăm să faceți dublu clic pe subtitrările în limba engleză de mai jos pentru a reda videoclipul.

Traducător: Simona Pop Corector: Mirel-Gabriel Alexa
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Vi-l prezint pe Pleurobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Pleurobot e un robot ce imită cu precizie o specie de salamandre
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
numită Tritonul iberian.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Pleurobot poate să meargă, după cum puteți vedea,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
iar mai târziu veți vedea că poate să și înoate.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Poate vă întrebați: de ce am proiectat acest robot?
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
A fost proiectat pentru a servi ca instrument științific în neuroștiințe.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
Într-adevăr, l-am proiectat împreună cu neurobiologi
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
pentru a înțelege modul în care animalele se mișcă
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
și mai ales modul în care măduva spinării controlează locomoția.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Pe măsură ce lucrez în biorobotică,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
sunt tot mai impresionat de locomoția animalelor.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Dacă ne gândim la modul în care înoată un delfin, cum aleargă sau sare o pisică,
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
sau chiar la noi, oamenii,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
atunci când alergăm sau jucăm tenis,
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
înțelegem că sunt niște lucruri extraordinare.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
De fapt, sistemul nostru nervos rezolvă o problemă de control extrem de complexă.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
Trebuie să coordoneze perfect 200 de mușchi,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
iar dacă coordonarea e defectuoasă, vom cădea sau nu ne vom mișca bine.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Scopul meu este să înțeleg cum funcționează această coordonare.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Există patru componente principale ce explică locomoția animalelor.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Prima componentă este doar corpul;
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
și nu trebuie niciodată să subestimăm
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
în ce măsură biomecanica simplifică locomoția animalelor.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Apoi urmează măduva spinării,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
iar în măduva spinării se află reflexele,
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
mai multe reflexe care creează o coordinare senzorialo-motorie
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
între activitatea neuronală din măduva spinării și activitatea mecanică.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
O a treia componentă e sistemul central de generare al mișcărilor.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Sunt niște circuite foarte interesante în măduva spinării la animalele vertebrate
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
care pot genera automat
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
activități ritmice foarte coordonate
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
receptând doar niște semnale de intrare foarte simple.
01:47
And these input signals
33
107720
1216
Iar aceste semnale de intrare
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
provin din modulații descendente din părțile superioare ale creierului,
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
35
112040
2696
cum ar fi cortexul motor, cerebelul, ganglionii bazali,
01:54
will all modulate activity of the spinal cord
36
114760
2136
ce vor modula activitatea măduvei spinării
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
în timp ce facem o mișcare.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Ceea ce e interesant e măsura în care această simplă componentă,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
măduva spinării, împreună cu corpul,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
rezolvă o parte mare din problema locomotorie.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
Probabil știți asta și din exemplul găinii cu capul tăiat
care va mai alerga o vreme,
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
demonstrând că doar partea inferioară, măduva spinării și corpul
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
rezolvă o mare parte din problema locomotorie.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
E complicat să înțelegem cum funcționează
02:17
because first of all,
46
137880
1296
pentru că trebuie să analizăm activitatea din măduvă, și aste e foarte dificil.
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
E mult mai simplu să plasezi electrozi în cortexul motor
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
decât în măduvă, deoarece e protejată de coloana vertebrală.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Mai ales la oameni.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
O a doua dificultate e că locomoția se datorează unei interacțiuni
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
foarte complexe și dinamice dintre aceste patru componente.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Deci e foarte greu de precizat care e rolul fiecăruia.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
Aici robotul Pleurobot și modelele matematice
02:44
can really help.
55
164640
1200
sunt cele care ne pot ajuta.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Deci ce e biorobotica?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
Biorobotica e un câmp de cercetare foarte activ în robotică
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
unde oamenii se inspiră de la animale
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
pentru a proiecta roboți pentru exterior,
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
cum ar fi roboții care prestează servicii, de căutare și salvare
02:59
or field robots.
61
179160
1200
sau roboții de câmp.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
Scopul principal e să ne inspirăm de la animale
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
pentru a crea roboți pentru terenuri complexe:
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
scări, munți, păduri,
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
locuri unde roboții întâmpină încă dificultăți
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
și unde animalele se descurcă mai bine.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Robotul poate fi un instrument științific extraordinar.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Sunt câteva proiecte în care se folosesc roboți,
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
ca instrumente științifice pentru neuroștiință, biomecanică
sau hidrodinamică.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
Exact aceasta e și scopul lui Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
În laborator colaborăm cu neurobiologi,
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
unul dintre ei e Jean-Marie Cabelguen, din Bordeaux, Franța,
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
pentru a crea modele de măduvă a spinării pe care să le folosim pe roboți.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
Și am început cu ceva simplu.
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
E bine să începem cu animale simple
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
cum e chișcarul de râu, o specie foarte primitivă
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
apoi treptat să trecem la sisteme de locomoția mai complexe,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
cum vedem la salamandre, dar și la pisici și la oameni,
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
03:45
in mammals.
80
225720
1200
adică la mamifere.
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
Astfel, robotul devine un instrument interesant
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
de validare a modelelor noastre.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Pentru mine, Pleurobot e ca un vis devenit realitate.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Acum aproximativ 20 de ani, lucram la calculator
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
făcând simulări ale locomoției chișcarului de râu și salamandrei
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
în timpul doctoratului.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Însă știam bine că simulările erau doar aproximații.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Simularea mișcărilor în apă, în nămol, sau terenuri complexe
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
sunt foarte greu de realizat pe calculator.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Dar de ce să nu avem un robot adevărat și cu mișcări reale?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Dintre toate animalele, una dintre preferatele mele e salamandra.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Dacă vă întrebați de ce, asta pentru că e un amfibian,
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
este un animal esențial din punct de vedere al evoluției.
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
Creează o conexiune extraordinară între înot,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
după cum vedem la țipari sau la pești,
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
și locomoția patrupedă pe care o vedem la mamifere, la pisici și la oameni.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
Într-adevăr, salamandra modernă
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
e foarte asemănătoare primelor vertebrate terestre,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
deci, e de-a dreptul o fosilă vie
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
ce ne permite accesul la predecesorii noștri,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
predecesorul tuturor patrupedelor terestre.
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
Deci, salamandra înoată
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
și face asta prin ceea ce numim noi înot specific anghilelor,
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
ce propagă o mișcare unduitoare a mușchilor de la cap spre coadă.
04:53
And if you place the salamander on the ground,
105
293440
2176
Și dacă punem salamandra jos pe pământ,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
va avea un mers agale.
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
În acest caz vorbim de o activare periodică a picioarelor
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
foarte frumos coordonată
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
într-o ondulație permanentă a corpului.
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
și exact aceasta este mersul pe care-l vedeți acum la Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Un lucru care este cu adevărat surprinzător și fascinant,
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
e că toate acestea pot fi generate doar de măduva spinării și corp.
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
Astfel, dacă luați o salamandră decapitată —
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
nu e un lucru drăguț dar dacă îi tăiați capul —
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
și îi stimulați electric măduva spinării,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
la o stimulare ușoară, aceasta va merge agale,
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
iar dacă stimulați un pic mai tare, mersul se va accelera.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
La un moment dat, se află un prag,
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
și în mod automat animalul va începe să înoate.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
Este extraordinar.
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Doar schimbând modul de stimulare,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
ca și cum ai apăsa pe o pedală de accelerație,
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
provoacă o modulație descendentă pe măduva spinării,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
făcând ca salamandra să își schimbe modul de deplasare în mod radical.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
De fapt, același lucru s-a observat și la feline.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Dacă stimulezi măduva spinării unei feline,
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
va face trecerea între mers, alergare și galop.
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
Și la păsări. Poți face ca o pasăre să schimbe între mers,
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
la un nivel slab de stimulare,
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
sau să dea din aripi la o stimulare mai puternică.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Și aceasta dovedește că măduva spinării
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
e un coordonator al locomoției foarte sofisticat.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Deci, am studiat locomoția salamandrei în detalii,
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
având acces la un aparat de radiografii foarte performant
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
al profesorului Martin Fischer de la Jena University din Germania.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
Și datorită lui am avut un dispozitiv extraordinar
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
cu care am înregistrat mișcările oaselor în mare detaliu.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Exact asta am și făcut.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
Am încercat să ne dăm seama ce oase sunt importante pentru noi
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
și am analizat mișcarea lor în format 3D.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Am făcut o adevărată bază de date cu mișcări
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
atât pe uscat, cât și în apă,
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
pentru a avea o bază de date cu modul de mișcare
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
al unui animal real.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
Munca noastră a fost să replicăm aceste mișcări pentru roboții noștri.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
Am depus o muncă titanică pentru a găsi structura potrivită,
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
unde să plasăm motoarele, cum anume să le conectăm,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
pentru a putea imita acele mișcări pe cât de bine posibil.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Și așa a luat viață Pleurobot.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Să analizăm acum cât de bine imită animalul real.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Ceea ce vedeți aici e aproape o comparație directă
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
între mersul animalului real și mersul lui Pluerobot.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Puteți observa că am obținut aproape același mers cu al salamandrei.
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
Dacă redăm cu încetinitorul se poate vedea și mai bine.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Dar și mai bine decât atât, am imitat înotul.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Pentru asta am îmbrăcat robotul cu un costumul de baie...
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Râsete)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
apoi intrăm în apă pentru a înota.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Suntem foarte fericiți pentru că acesta e un lucru foarte dificil de realizat.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
Fizica interacțiunilor e complexă.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Robotul e mult mai mare decât un animal,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
astfel că a trebuit să facem scalarea dinamică a frecvențelor
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
pentru a ne asigura că avem aceeași interacțiune.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
Și se poate vedea că imită destul de bine
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
și suntem foarte, foarte mândri de asta.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Deci, să revenim la măduva spinării.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Împreună cu Jean-Marie Cabelguen
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
am modelat circuitele din măduva spinării.
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
E interesant faptul că salamandra
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
a păstrat un circuit foarte primitiv,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
care e foarte asemănător cu ceea ce găsim la chișcar,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
acest pește primitiv asemănător cu un țipar,
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
și se pare că în timpul evoluției,
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
noi oscilatoare neuronale s-au adăugat pentru a controla mișcarea picioarelor.
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Știm bine unde se află aceste oscilatoare neuronale,
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
însă am făcut un model matematic
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
pentru a vedea cum trebuie cuplate
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
pentru a permite tranziția între cele două tipuri de mers.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
Și le-am testat pe robot.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Și uite cum arată.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Ceea ce vedeți e versiunea anterioară a lui Pleurobot
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
care e controlat în totalitate de modelul nostru de măduvă a spinării
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
programat pe robot.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Și singurul lucru pe care-l facem
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
e să transmitem robotulul cu ajutorul unei telecomande
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
cele două semnale pe care ar trebui în mod normal să le primească
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
din partea superioară a creierului.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Dacă ne jucăm cu aceste semnale
putem controla viteza, direcția de deplasare și tipul de mers.
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
08:41
For instance,
192
521600
1216
De exemplu,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
dacă stimulăm puțin, obținem mersul normal,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
și la un moment dat, dacă stimulăm mai mult,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
mersul se va schimba rapid în înot.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
În final, putem de asemenea să schimbăm direcția
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
prin stimularea unei părți a măduvei mai mult decât cealaltă.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Și consider că acesta e un lucru grozav.
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
Faptul că natura a distribuit controlul
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
și a dat întreaga responsabilitate măduvei spinării
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
astfel încât creierului să nu controleze fiecare mușchi.
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
Trebuie doar să se ocupe de modulația de nivel înalt,
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
iar măduva spinării e cea care va coordona toți mușchii.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Acum să ne întoarcem la locomoția felinelor și la importanța biomecanicii.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Acesta e un alt proiect
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
în care am studiat biomecanica felinelor
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
și am vrut să vedem în ce măsură morfologia ajută locomoția.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Am descoperit trei criterii importante ale membrelor.
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Primul criteriu e că membrele unei feline
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
arată asemănător cu o structură de tip pantograf.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
Pantograful este o structură mecanică
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
care ține segmentul superior și segmentele inferioare întotdeauna paralele.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Un sistem geometric simplu ce coordonează
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
mișcarea internă a segmentelor.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
A doua proprietatea a membrelor felinelor e că sunt extrem de ușoare.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
Majoritatea mușchilor se află în trunchi
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
ceea ce e ideal, deoarece membrele au inerție mică
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
și pot fi mișcate cu rapiditate.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
Ultima caracteristică foarte importantă e caracterul extrem de elastic
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
pentru a face față impactului și forței.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Astfel am proiectat „Puiul de ghepard”.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Haideți să invităm „Puiul de ghepard” pe scenă.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
El e Peter Eckert, și el își face doctoratul pe tema acestui robot.
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
După cum vedeți, e un robot mic și drăguț.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Arată ca o jucărie,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
însă a fost folosit ca instrument științific
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
pentru a cerceta caracteristicile picioarelor felinelor.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Vedeți, e foarte maleabil, foarte ușor,
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
de asemenea, și foarte elastic.
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
Poate fi apăsat cu ușurință și nu se va rupe.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
De fapt, va sări.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Această caracteristică a elasticității este foarte importantă.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Puteți vedea aceste caracteristici
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
ale acestor trei segmente ale picioarelor de tip pantograf.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
E foarte interesant faptul că acest mers destul de dinamic
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
e obținut printr-un circuit deschis,
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
adică fără senzori, fără circuite de feed-back.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
Acest lucru e interesant pentru că înseamnă că doar mecanica
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
a stabilizat acest mers rapid
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
și că mecanica cu adevărat bună simplifică esențialmente locomoția.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
Putem chiar să deranjăm puțin locomoția,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
după cum veți vedea în clipul următor,
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
unde punem robotul să facă un exercițiu, de exemplu să coboare o treaptă,
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
și robotul nu va cădea,
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
ceea ce a fost o surpriză pentru noi.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
Este o ușoară perturbare.
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Mă așteptam ca robotul să se împiedice imediat,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
pentru că nu are senzori sau circuite de feedback.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Însă nu, mecanica în sine a stabilizat mersul,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
iar robotul nu a căzut.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Evident, dacă treptele sunt mai mari, și dacă dai de obstacole,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
vei avea nevoie de un întreg sistem de control și de reflexe.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Ceea ce e important e că doar pentru o mică perturbare,
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
mecanica funcționează perfect.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
Cred că aceasta e un mesaj foarte important
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
din partea biomecanicii și a roboticii către neuroștiințe,
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
care ne spune să nu subestimăm gradul în care corpul deja ajută locomoția.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Cum se aseamănă toate acestea de locomoția umană?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Evident, locomoția umană e mai complexă decât locomoția pisicii sau a salamandrei,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
însă sistemul nervos al oamenilor este foarte asemănător
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
cu cel al altor vertebrate.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
În special măduva spinării
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
e regulatorul principal și pentru locomoția umană.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Din acest motiv, dacă există o leziune pe măduva spinării,
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
aceasta are efecte dramatice.
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
Persoana poate deveni paraplegică sau tetraplegică.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Aceasta pentru că creierul pierde comunicarea
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
cu măduva spinării.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
În special acea modulație descendentă
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
ce inițiază și modulează locomoția.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Un mare țel al neuroprotezelor
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
e acela de a fi capabile să reactiveze această comunicare
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
folosind stimulări electrice sau chimice.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Sunt mai multe echipe în lume care fac exact acest lucru,
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
în special la EPFL.
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
Colegii mei, Grégoire Courtine și Silvestro Micera,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
cu care colaborez.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Dar pentru a face asta corect e foarte important să înțelegem
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
cum funcționează măduva spinării,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
cum interacționează cu corpul,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
și cum comunică creierul cu măduva spinării.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
Și aici roboții și modelele pe care vi le-am prezentat astăzi
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
vor juca sper un rol cheie
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
în atingerea acestor țeluri foarte importante.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Mulțumesc.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Aplauze)
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots
288
784100
2636
Bruno Giussani: Auke, am văzut în laboratorul tău și alți roboți
13:06
that do things like swim in pollution
289
786760
2456
care înotă în ape poluate
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
și măsoară gradul de poluare în timp ce înoată.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Dar pentru aceasta,
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
ai menționat în discursul tău, ca e un proiect secundar
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
pentru căutare și salvare,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
și are o cameră video montată pe nas.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Auke Ijspeert: Absolut. Acest robot --
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
Avem câteva proiecte secundare
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
în care am dori să folosim roboți pentru acțiuni de căutare și salvare,
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
iar acest robot te poate vedea acum.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
Și visul cel mare este ca în cazul unei situație dificile
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
cum ar fi prăbușirea unei clădiri sau o clădire inundată,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
și e prea periculos să intre echipa de salvare sau chiar și câinii,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
de ce să nu trimitem un robot care se poate târî, înota sau merge,
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
cu o cameră video pentru a inspecta terenul și a identifica supraviețuitorii
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
și, poate, de a comunica cu supraviețuitorii.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
305
829240
3576
BG: Desigur, dacă supraviețuitorii nu se vor speria de forma robotului.
13:52
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
832840
3296
Al: Da, probabil că ar trebui să-i schimbăm înfățișarea puțin,
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
pentru că presupun că supraviețuitorii ar putea face atac de cord
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
dacă sunt speriați de un robot ce pare că îți caută de mâncare.
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
Însă dacă îi schimbăm înfățișarea
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
sunt sigur că poate fi un instrument foarte util.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
BG: Vă mulțumesc foarte mult.
Despre acest site

Acest site vă va prezenta videoclipuri de pe YouTube care sunt utile pentru a învăța limba engleză. Veți vedea lecții de engleză predate de profesori de top din întreaga lume. Faceți dublu clic pe subtitrările în limba engleză afișate pe fiecare pagină video pentru a reda videoclipul de acolo. Subtitrările se derulează în sincron cu redarea videoclipului. Dacă aveți comentarii sau solicitări, vă rugăm să ne contactați folosind acest formular de contact.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7