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

814,541 views ・ 2016-02-18

TED


Пожалуйста, дважды щелкните на английские субтитры ниже, чтобы воспроизвести видео.

Переводчик: Anastasia Kvilinskaya Редактор: Nadya Borisova
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Это «Плевробот».
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Мы спроектировали его, чтобы лучше скопировать один вид саламандры —
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
иглистого тритона.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Как видите, «Плевробот» может ходить,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
а также плавать — это вы увидите позже.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Вы спросите: зачем мы создали этого робота?
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
Дело в том, что создан он в качестве инструмента для нейробиологии.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
Мы создавали его вместе с нейробиологами,
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
чтобы понять, как животные двигаются,
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
в частности, как спинной мозг управляет движением.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Чем дольше я работаю в биоробототехнике,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
тем больше меня поражает движение животных.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Если мы представим плавающего дельфина или кошку, которая везде бегает и прыгает,
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
или даже самих себя, людей,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
бегающих трусцой, играющих в теннис,
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
мы делаем удивительные вещи.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
И правда, наша нервная система решает очень трудные вопросы управления.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
Ей нужно полностью координировать работу примерно 200 мускулов,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
а если координация нарушена, мы падаем или двигаемся с трудом.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Моя задача — понять этот принцип работы.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Движение животных включает в себя четыре составляющие.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Первая — это само тело.
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
Не стоит недооценивать то,
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
как биомеханика уже упростила систему передвижения животных.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Далее, есть спинной мозг,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
в котором сосредоточены рефлексы.
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
Многочисленные рефлексы создают сенсомоторный узел координации
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
между нервной активностью спинного мозга и механическим движением.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
Третья составляющая — центральные генераторы моделей.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Это очень интересные цепи спинного мозга позвоночных животных,
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
которые могут сами воспроизвести
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
скоординированные ритмические модели активности,
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
получив довольно простые входящие сигналы.
01:47
And these input signals
33
107720
1216
Эти сигналы, в свою очередь,
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
поступают из нисходящей модуляции высших отделов головного мозга,
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
35
112040
2696
например, двигательной зоны коры, мозжечка и базальных ядер.
01:54
will all modulate activity of the spinal cord
36
114760
2136
Эти сигналы управляют активностью
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
спинного мозга во время движения.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Но интересно, насколько составляющая низшего уровня,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
спинной мозг вместе с телом,
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
в бóльшей мере отвечают за движение.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
Возможно, вы знаете, что если отрубить курице голову,
02:09
it can still run for a while,
42
129532
1381
туловище будет ещё двигаться,
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
43
130937
2539
показывая, что низшая часть — спинной мозг и тело —
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
в бóльшей мере отвечают за передвижение.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Понять принцип этой работы очень сложно,
02:17
because first of all,
46
137880
1296
потому что, во-первых,
02:19
recording activity in the spinal cord is very difficult.
47
139200
2620
очень трудно записать активность спинного мозга.
02:21
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
48
141844
2772
Легче вживить электроды в двигательную зону коры головного мозга,
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
чем в спинной мозг, поскольку его защищают позвонки.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
С людьми это особенно сложно.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
Ещё одна трудность состоит в том, что движение происходит благодаря
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
сложному и динамичному взаимодействию данных четырёх составляющих.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Поэтому тяжело выяснить, какова роль каждого с течением времени.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
Именно биороботы наподобие «Плевробота» и математические модели
02:44
can really help.
55
164640
1200
могут помочь.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Что такое биоробототехника?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
Это развивающиеся исследования в сфере робототехники,
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
где люди, вдохновившись образами животных,
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
хотят создать роботов для работы вне помещения,
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
например, служебных, поисково-спасательных
02:59
or field robots.
61
179160
1200
или полевых роботов.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
Главная задача: вдохновиться животными, чтобы создавать роботов,
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
которые могут осилить сложную территорию —
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
лестницы, горы, леса, —
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
места, где у роботов ещё возникают проблемы,
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
а животные справляются гораздо лучше.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Робот может быть замечательным инструментом для исследований.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Есть несколько проектов, где задействованы роботы.
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
Это нейробиология, биомеханика или гидродинамика.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
В этом и заключается задача «Плевробота».
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
В моей лаборатории мы сотрудничаем с нейробиологами,
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
в частности, с Жаном-Мари Кабелгеном, нейробиологом из Бордо, Франция.
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
Мы хотим создать модели спинного мозга и проверить их на роботах.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
Мы хотим начать с простого.
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
Лучше начинать с простых животных,
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
например с миноги, самой примитивной рыбы,
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
затем постепенно переходить к сложным типам движения,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
которые есть у саламандр,
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
кошек, людей,
03:45
in mammals.
80
225720
1200
у млекопитающих.
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
И тут робот становится интересным инструментом
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
для проверки наших моделей.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Для меня «Плевробот» — это что-то вроде осуществившейся мечты.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Около 20 лет назад я уже работал на компьютере
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
и моделировал движения миноги и саламандры,
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
занимаясь своей кандидатской.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Но я всегда знал, что моё моделирование приблизительно.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Как физические процессы в воде, грязи или смешанной почве сложно моделировать,
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
так же трудно смоделировать это правильно и на компьютере.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Отчего не использовать робота и физику?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Одно из моих любимых животных — саламандра.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Вы можете спросить: «Почему?» Потому что это амфибия.
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
С точки зрения эволюции, это животное ключевое.
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
Оно умеет плавать,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
как рыба или угорь,
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
и передвигаться так, как это делают млекопитающие.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
Современная саламандра
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
очень похожа на первое наземное позвоночное.
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
Это почти живое ископаемое,
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
и благодаря ему мы получаем нашего предка,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
предка всех наземных четвероногих.
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
Поэтому саламандра плавает
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
подобно угрю,
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
поэтому получается волна из-за движения мускулов от головы до хвоста.
04:53
And if you place the salamander on the ground,
105
293440
2176
А если поставить саламандру на землю,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
она переключается на быстрый шаг.
Здесь видна периодическая активность конечностей,
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
которая хорошо координируется
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
благодаря стабильному волнообразному движению тела.
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
Эту походку как раз и можно увидеть на примере «Плевробота».
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Самое поразительное то,
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
что всё это может воспроизвести спинной мозг и тело.
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
Если взять саламандру с удалённым мозгом,
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
что, конечно, плохо, но голова удаляется,
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
если с помощью электричества стимулировать спинной мозг
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
низкими волнами, то саламандра начнёт «идти».
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Если немного увеличить стимуляцию, походка ускорится.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
На каком-то этапе есть некий предел,
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
и автоматически животное переключается на плавание.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
Это удивительно.
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Лишь смена глобального привода,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
будто нажатие на педаль акселератора
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
нисходящей модуляции спинного мозга,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
полностью переключает два разных вида движений.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
Тот же самый эффект наблюдали на примере кошек.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Если стимулировать спинной мозг кошки,
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
можно переключать её с ходьбы на быстрый шаг и бег.
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
Или у птиц можно переключать режим ходьбы
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
при низкой стимуляции,
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
а при высокой — вызывать хлопанье крыльями.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Это доказывает, что спинной мозг —
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
сложно устроенный регулятор движения.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Поэтому мы изучили движение саламандры подробнее.
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
Мы получили доступ к рентгеновской видеомашине
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
профессора Мартина Фишера из Йенского университета в Германии.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
Благодаря ему у нас есть потрясающая машина
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
для детальной записи движения костей.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Вот что мы сделали.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
В основном мы выяснили, какие кости важны для нас,
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
и спроектировали их движение в трёхмерном изображении.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Мы собрали полную базу данных движений
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
на земле и в воде.
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
Собрали полную базу данных двигательного поведения
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
настоящего животного.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
Задача робототехники в том, чтобы повторить это в нашем роботе.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
Мы провели полную оптимизацию, чтобы найти подходящую конструкцию,
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
где разместить двигатели, как их соединить,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
как лучше воспроизвести данные движения.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Вот каким образом «Плевробот» ожил.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Посмотрим, насколько он похож на реальное животное.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Вы видите здесь почти точное совпадение
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
походки животного и «Плевробота».
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Как видите, у нас получается почти точное воспроизведение
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
этой походки.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Если перемотать медленно назад, это видно гораздо лучше.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Но что ещё лучше — робот плавает.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Мы надеваем на него гидрокостюм —
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Смех)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
затем мы можем поместить его в воду и включить плавание.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
Мы очень обрадовались результатам работы, так как это трудно сделать.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
Физика взаимодействия — предмет сложный.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Наш робот гораздо больше живого существа.
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
Нам пришлось динамически изменить масштаб частот,
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
чтобы убедиться, что физика взаимодействия такая же.
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
В итоге у нас выходит почти точное совпадение,
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
чему мы были очень рады.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
А теперь вернёмся к спинному мозгу.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Вместе с Жаном-Мари Кабелгеном мы создали
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
модель системы спинного мозга.
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
Интересно, что у саламандры
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
сохранилась примитивная система,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
очень похожая на систему миноги,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
примитивной угреподобной рыбы.
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
Кажется, что во время эволюции
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
добавились новые нервные вибраторы для управления конечностями,
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
для их движения.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Мы знаем, где находятся эти новые вибраторы;
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
мы создали математическую модель,
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
чтобы понять, как соединить их
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
для перехода из одного вида походки в другую.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
Мы протестировали эту модель на роботе.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Вот как это выглядит.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Здесь вы видите прежнюю модель «Плевробота».
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
Он полностью управляется нашей моделью спинного мозга,
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
запрограммированной в роботе.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Мы лишь
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
посылаем роботу в удалённом режиме
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
два нисходящих сигнала, которые он получит
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
из верхнего отдела головного мозга.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Интересно, что, посылая эти сигналы,
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
мы можем управлять скоростью, направлением и движением.
08:41
For instance,
192
521600
1216
Например,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
если у нас стимуляция низкая, получается движение шагом,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
но если её немного усилить,
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
то робот быстро переключится на плавание.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
Наконец, можно включить поворот,
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
больше стимулируя одну часть спинного мозга.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
По-моему, замечательно,
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
что природа распределила систему управления,
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
чтобы предоставить большýю ответственность спинному мозгу.
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
А верхнему отделу головного мозга нечего беспокоиться о каждом мускуле,
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
ему приходится отвечать за высокоуровневую модуляцию.
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
Работа спинного мозга заключается в координации всех мускулов.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
Теперь рассмотрим движения кошки и значимость биомеханики.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Вот другой проект,
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
где мы изучали биомеханику кошки
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
и хотели узнать, насколько морфология помогает движению.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Мы обнаружили три важных критерия данных свойств,
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
а особенно конечностей.
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Первый: конечность кошки
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
чем-то похожа на пантограф.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
Пантограф — это механизм,
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
который параллельно поддерживает верхний и нижний сегменты.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Простая геометрическая система данного типа немного координирует
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
внутреннее движение сегментов.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
Второе свойство заключается в лёгкости конечностей кошки.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
Большинство мышц находятся в туловище,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
что очень хорошо, поскольку у конечностей низкая инерция,
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
а передвигаются они очень быстро.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
И последнее свойство — это эластичность конечностей,
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
что позволяет справляться с ударами.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Вот как мы создали детёныша гепарда.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Давайте пригласим его на сцену.
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
Это Питер Экерт. Он изучает этого робота и работает над диссертацией.
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
Как видите, это маленький прелестный робот.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Он похож на игрушку,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
но использовали его в научных целях
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
для изучения конечностей кошки.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Он очень податливый, лёгкий
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
и пружинящий.
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
Если на него слегка надавить, он не сломается.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Он будет подпрыгивать.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Такая гибкость очень важна.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Вы видите данные свойства
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
трёх участков ноги на примере пантографа.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Интересно, что такая довольно динамичная походка
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
достигается только при открытом цикле,
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
т.е. без сенсоров и сложных цепей обратной связи.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
Это означает,
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
что только механика стабилизировала эту довольно быструю походку,
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
и она же в основном упрощает движение.
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
Мы можем нарушить движение в какой-то мере,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
как видно на следующем видео,
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
где мы можем провести тренировку, заставляя робота пройти через ступеньку.
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
Робот не упадёт.
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
Этот тест нас удивил.
Это лишь малое нарушение.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Я ожидал, что робот упадёт сразу,
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
так как нет сенсоров и быстрой цепи обратной связи.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Однако механика стабилизировала движение,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
потому робот и не падает.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Понятно, что если ступенька будет выше, если появятся препятствия,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
необходимо полностью контролировать цепи, рефлексы и всё остальное.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Однако, чтобы справиться с небольшими изменениями,
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
механики достаточно.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
По-моему, это важный сигнал
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
нейробиологии от биомеханики и робототехники.
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
Его смысл: оценить по достоинству помощь тела при движении.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Как это относится к движениям человека?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Система движения человека намного сложнее, чем у кошки и саламандры,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
но в то же время нервная система человека очень похожа
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
на систему позвоночных животных.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
В частности, спинной мозг —
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
это ключевой орган управления движением у людей.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Вот почему повреждение спинного мозга
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
грозит тяжёлыми последствиями.
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
Человек может страдать параличом ног или рук и ног.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Это происходит потому, что головной мозг
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
теряет связь со спинным.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
Он теряет нисходящую модуляцию
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
для начала и модулирования движения.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Важная задача нейропротезирования —
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
иметь возможность возобновить эту связь
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
электрическим или химическим стимулированием.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
Несколько групп занимаются этим,
например Федеральная политехническая школа Лозанны.
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
Это мои коллеги Грегуар Куртин и Сильвестро Мисера,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
с которыми я сотрудничаю.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Чтобы выполнить эту работу как следует, важно понимать,
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
как функционирует спинной мозг,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
как он взаимодействует с телом,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
каким образом головной мозг связывается со спинным.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
В этом вопросе представленные мной сегодня роботы и модели,
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
будем надеяться, сыграют ключевую роль
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
для достижения важных целей.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Спасибо.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Аплодисменты)
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots
288
784100
2636
Бруно Джуссани: Я видел у вас других роботов,
13:06
that do things like swim in pollution
289
786760
2456
которые могут плавать в загрязнённой воде,
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
измеряя при этом степень загрязнённости.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Говоря об этом роботе,
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
вы упомянули о побочном проекте —
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
поиск и спасательные работы.
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
И на носу у робота как раз есть камера.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Аке Иджспирт: Верно. Поэтому робот…
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
Есть несколько проектов,
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
где бы мы хотели использовать роботов при таких операциях.
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
В данный момент робот вас видит.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
Наша главная мечта такова: если возникает тяжёлая ситуация,
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
например, есть разрушенное или подтопленное здание,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
и в него очень опасно проникнуть спасателям или даже собакам,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
можно направить туда робота, который по-разному двигается
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
с камерой, чтобы провести осмотр и найти уцелевших
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
и, возможно, установить связь с оставшимися в живых.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
305
829240
3576
БД: Конечно, если предположить, что уцелевшие не испугаются его вида.
13:52
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
832840
3296
АИ: Да, нам следует немного изменить его внешний вид,
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
потому что уцелевший мог бы умереть от сердечного приступа,
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
испугавшись, что эта штука может его съесть.
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
Но изменив его вид и сделав его прочнее,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
я уверен, можно создать хороший инструмент.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
БД.: Спасибо большое вам и вашей команде.
Об этом сайте

Этот сайт познакомит вас с видеороликами YouTube, полезными для изучения английского языка. Вы увидите уроки английского языка, преподаваемые высококлассными учителями со всего мира. Дважды щелкните по английским субтитрам, отображаемым на каждой странице видео, чтобы воспроизвести видео оттуда. Субтитры прокручиваются синхронно с воспроизведением видео. Если у вас есть какие-либо комментарии или пожелания, пожалуйста, свяжитесь с нами, используя эту контактную форму.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7