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

814,622 views ・ 2016-02-18

TED


Будь ласка, двічі клацніть на англійські субтитри нижче, щоб відтворити відео.

Перекладач: Oleksiy Lohvinov Утверджено: Hanna Leliv
00:12
This is Pleurobot.
0
12760
1840
Це - Плевробот.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species
1
15400
3616
Робот, якого ми розробляли, копіюючи представника родини саламандрових,
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
19040
1400
що зветься Тритон ребристий.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
21240
2256
Плевробот може ходити, як бачите,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
23520
2040
і, як побачите згодом, він також плаває.
00:26
So you might ask, why did we design this robot?
5
26280
2191
Ви запитаєте, навіщо ми створили цього робота.
00:28
And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience.
6
28960
3762
Фактично, робот був створений як науковий інструмент для нейронауки.
00:33
Indeed, we designed it together with neurobiologists
7
33400
2496
Насправді, ми розробляли його разом з нейробіологами,
00:35
to understand how animals move,
8
35920
1896
щоб зрозуміти, як рухаються тварини,
00:37
and especially how the spinal cord controls locomotion.
9
37840
2760
а особливо - як спинний мозок керує пересуванням.
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
41560
1696
Та що довше я працюю в біороботиці,
00:43
the more I'm really impressed by animal locomotion.
11
43280
2381
то більше захоплююсь рухом тварин.
00:45
If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around,
12
45920
4296
Якщо подумати про те, як пливе дельфін, як біжить або стрибає кіт,
00:50
or even us as humans,
13
50240
1576
або навіть як ми, люди, рухаємось
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
51840
1816
під час пробіжки або гри в теніс, -
00:53
we do amazing things.
15
53680
1240
ми робимо дивовижні речі.
00:55
And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem.
16
55880
4136
Фактично, наша нервова система виконує дуже складне завдання контролю.
01:00
It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly,
17
60040
3096
Вона мусить бездоганно координувати близько 200 м’язів,
01:03
because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion.
18
63160
3680
бо, коли координація кепська - ми падаємо або погано пересуваємось.
01:07
And my goal is to understand how this works.
19
67560
2720
Моя мета - зрозуміти, як це працює.
01:11
There are four main components behind animal locomotion.
20
71160
2840
Є 4 головних компоненти, що лежать в основі пересування тварин.
01:14
The first component is just the body,
21
74800
1936
Перший - саме́ тіло,
01:16
and in fact we should never underestimate
22
76760
1976
і, насправді, не варто недооцінювати,
01:18
to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
23
78760
3480
наскільки будова тіла вже сама по собі спрощує рух тварини.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
82920
1456
Наступний - спинний мозок,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
84400
1976
який відповідає за рефлекси,
01:26
multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop
26
86400
3456
численні рефлекси, котрі уможливлюють сенсомоторний зворотний зв’язок
01:29
between neural activity in the spinal cord and mechanical activity.
27
89880
3480
між нервовою активністю спинного мозку та руховою активністю.
01:34
A third component are central pattern generators.
28
94000
2976
Третє - центральні генератори впорядкованої активності.
01:37
These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals
29
97000
3896
Це дуже цікаві структури в спинному мозку хребетних тварин,
01:40
that can generate, by themselves,
30
100920
1616
які можуть самостійно генерувати
01:42
very coordinated rhythmic patterns of activity
31
102560
2736
дуже синхронні ритмічні команди моторної активності,
01:45
while receiving only very simple input signals.
32
105320
2376
отримуючи лише дуже прості вхідні сигнали.
01:47
And these input signals
33
107720
1216
Ці вхідні сигнали -
01:48
coming from descending modulation from higher parts of the brain,
34
108960
3056
це модулюючі команди з різних ділянок кори головного мозку,
01:52
like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia,
35
112040
2696
таких як моторна кора, мо́зочок, базальні ганглії.
01:54
will all modulate activity of the spinal cord
36
114760
2136
Усі вони модулюють активність спинного мозку
01:56
while we do locomotion.
37
116920
1456
коли ми пересуваємось.
01:58
But what's interesting is to what extent just a low-level component,
38
118400
3216
Але цікаво те, наскільки сам лише базовий компонент -
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
121640
1936
спинний мозок разом з тілом -
02:03
already solve a big part of the locomotion problem.
40
123600
2456
значною мірою вирішує це завдання з пересування.
02:06
You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken,
41
126080
3422
Вам це, напевно, відомо з того факту, що коли курці відрубують голову,
02:09
it can still run for a while,
42
129532
1381
то вона ще певний час бігає.
02:10
showing that just the lower part, spinal cord and body,
43
130937
2539
Це свідчить, що самі лише спинний мозок і тіло
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
133500
1873
значною мірою контролюють пересування.
02:15
Now, understanding how this works is very complex,
45
135397
2459
Зрозуміти, як це працює, дуже непросто,
02:17
because first of all,
46
137880
1296
бо, по-перше,
02:19
recording activity in the spinal cord is very difficult.
47
139200
2620
реєструвати активність у спинному мозку дуже складно.
02:21
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex
48
141844
2772
Набагато простіше імплантувати електроди в моторну кору,
02:24
than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
49
144640
3056
ніж у спинний мозок, бо він захищений хребтом.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
147720
1816
Це дуже складно, особливо у людей.
02:29
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex
51
149560
3776
Друга перешкода в тому, що пересування є результатом дуже складної
02:33
and very dynamic interaction between these four components.
52
153360
3056
і дуже динамічної взаємодії цих чотирьох компонентів.
02:36
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
53
156440
3240
Тож дуже важко з’ясувати, як роль кожного з них змінюється в часі.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models
54
160880
3736
І ось тут біороботи, такі як Плевробот, і математичні моделі
02:44
can really help.
55
164640
1200
можуть дуже допомогти.
02:47
So what's biorobotics?
56
167480
1256
Отже, що таке біороботика?
02:48
Biorobotics is a very active field of research in robotics
57
168760
2736
Біороботика - це дуже активна галузь робототехніки,
02:51
where people want to take inspiration from animals
58
171520
2456
де люди шукають натхнення у тваринному світі,
02:54
to make robots to go outdoors,
59
174000
2456
створюючи роботів, які могли б працювати надворі,
02:56
like service robots or search and rescue robots
60
176480
2656
наприклад, роботів-помічників, або пошуково-рятувальних
02:59
or field robots.
61
179160
1200
або сільгосп-роботів.
03:00
And the big goal here is to take inspiration from animals
62
180880
2696
Мета - наслідуючи тварин, створювати роботів,
03:03
to make robots that can handle complex terrain --
63
183600
2336
які зможуть пересуватися у складному середовищі -
03:05
stairs, mountains, forests,
64
185960
1616
по сходах, у горах і лісах -
03:07
places where robots still have difficulties
65
187600
2016
там, де роботи почуваються ще не дуже впевнено,
03:09
and where animals can do a much better job.
66
189640
2056
а тварини пересуваються набагато краще.
03:11
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
67
191720
2496
Робот також може бути чудовим науковим знаряддям.
03:14
There are some very nice projects where robots are used,
68
194240
2620
Є дуже хороші проекти, де роботи використовуються
03:16
like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
69
196884
3972
як наукові знаряддя для нейронауки, біомеханіки або гідродинаміки.
03:20
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
70
200880
2120
Саме таке призначення має і Плевробот.
03:23
So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists
71
203600
2936
Тож у моїй лабораторії ми співпрацюємо з нейробіологами,
03:26
like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
206560
3216
такими як Жан-Марі Кабельґен, нейробіологом з Бордо, Франції,
03:29
and we want to make spinal cord models and validate them on robots.
73
209800
4040
ми створюємо моделі спинного мозку і перевіряємо їх на роботах.
03:34
And here we want to start simple.
74
214480
1616
І тут варто починати з простого.
03:36
So it's good to start with simple animals
75
216120
1976
Отже, найкраще почати з простих тварин,
03:38
like lampreys, which are very primitive fish,
76
218120
2256
таких як мінога, яка є дуже примітивною рибою,
03:40
and then gradually go toward more complex locomotion,
77
220400
2496
а тоді поступово переходити до складніших рухів,
03:42
like in salamanders,
78
222920
1256
таких як у саламандри,
03:44
but also in cats and in humans,
79
224200
1496
як у котів і людей,
03:45
in mammals.
80
225720
1200
у ссавців.
03:47
And here, a robot becomes an interesting tool
81
227880
2376
І тут робот стає цікавим знаряддям
03:50
to validate our models.
82
230280
1936
для перевірки наших моделей.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
83
232240
3016
Насправді, для мене Плевробот - це ніби здійснення мрії.
03:55
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer
84
235280
3256
Близько 20 років тому я вже створював
03:58
making simulations of lamprey and salamander locomotion
85
238560
2656
комп’ютерні моделі рухів міноги і саламандри,
04:01
during my PhD.
86
241240
1536
працюючи над дисертацією.
04:02
But I always knew that my simulations were just approximations.
87
242800
3376
Але я завжди знав, що мої моделі були всього лиш наближеннями.
04:06
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground,
88
246200
3976
Так само, як з фізичними процесами у воді, мулові або складних сумішах,
04:10
it's very hard to simulate that properly on a computer.
89
250200
2656
дуже складно моделювати такі рухи на комп’ютері.
04:12
Why not have a real robot and real physics?
90
252880
2040
Чому б не зробити фізичну модель - робота?
04:15
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
91
255600
3136
Отже, з усіх цих тварин, однією з моїх улюблених є саламандра.
04:18
You might ask why, and it's because as an amphibian,
92
258760
3456
Ви можете запитати, чому. А тому, що вона, як амфібія,
04:22
it's a really key animal from an evolutionary point of view.
93
262240
2856
є справді ключовою твариною з еволюційної точки зору.
04:25
It makes a wonderful link between swimming,
94
265120
2056
Вона - чудова сполучна ланка між плаванням,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
267200
1896
таким як у в’юнів або риб,
04:29
and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans.
96
269120
4120
і чотириногим пересуванням, таким як у ссавців, котів і людей.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
274160
1656
І, фактично, сучасна саламандра
04:35
is very close to the first terrestrial vertebrate,
98
275840
2376
дуже подібна до перших наземних хребетних,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
278240
1536
тож це ніби жива викопна тварина,
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
279800
1936
через яку ми маємо доступ до нашого предка -
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
281760
2920
предка усіх наземних чотириногих.
04:45
So the salamander swims
102
285240
1376
Отже, саламандра пливе,
04:46
by doing what's called an anguilliform swimming gait,
103
286640
2496
використовуючи змієподібний плавальний алюр,
04:49
so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail.
104
289160
3640
тобто хвиля м’язової активності плавно рухається від голови до хвоста.
04:53
And if you place the salamander on the ground,
105
293440
2176
А якщо поставити саламандру на землю,
04:55
it switches to what's called a walking trot gait.
106
295640
2336
вона перейде на швидку ходу.
04:58
In this case, you have nice periodic activation of the limbs
107
298000
2863
В цьому режимі ми бачимо точні періодичні рухи кінцівок,
05:00
which are very nicely coordinated
108
300887
1609
які дуже добре узгоджені з
05:02
with this standing wave undulation of the body,
109
302520
2656
хвилеподібними рухами тіла,
05:05
and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot.
110
305200
3656
і це саме той алюр, який ви бачите тут, у Плевробота.
05:08
Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact
111
308880
2976
Несподіваним і захопливим є те, що все це
05:11
is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body.
112
311880
4136
може генеруватися самими лише спинним мозком і тілом.
05:16
So if you take a decerebrated salamander --
113
316040
2000
Тож, якщо децеребрувати саламандру -
05:18
it's not so nice but you remove the head --
114
318064
2016
видалити голову, хоч це й неприємно -
05:20
and if you electrically stimulate the spinal cord,
115
320104
2672
і електрично стимулювати спинний мозок,
05:22
at low level of stimulation this will induce a walking-like gait.
116
322800
3256
то слабка стимуляція спричинятиме рух ступо́ю, найповільнішим алюром.
05:26
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
117
326080
2456
Якщо стимулювати трохи сильніше, алюр прискориться.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
328560
1896
У певну мить досягається поріг,
05:30
and automatically, the animal switches to swimming.
119
330480
2536
і тварина автоматично переходить на плавання.
05:33
This is amazing.
120
333040
1376
Це дивовижно.
05:34
Just changing the global drive,
121
334440
1496
Проста зміна загального сигналу,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
335960
1736
подібно до натискання педалі газу,
05:37
of descending modulation to your spinal cord,
123
337720
2136
модулюючої стимуляції спинного мозку,
05:39
makes a complete switch between two very different gaits.
124
339880
3000
спричиняє повне перемикання між двома дуже різними алюрами.
05:44
And in fact, the same has been observed in cats.
125
344440
2576
Те саме спостерігається і в котів.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
347040
2016
Якщо стимулювати спинний мозок кота,
05:49
you can switch between walk, trot and gallop.
127
349080
2216
можна перемикати його на ходу, ристь і галоп.
05:51
Or in birds, you can make a bird switch between walking,
128
351320
2736
У випадку птахів, слабка стимуляція
05:54
at a low level of stimulation,
129
354080
1456
змушує птаха ходити,
05:55
and flapping its wings at high-level stimulation.
130
355560
2816
а сильна стимуляція - махати крилами.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
358400
2016
Це, насправді, засвідчує, що спинний мозок
06:00
is a very sophisticated locomotion controller.
132
360440
2416
це дуже складний контро́лер пересування.
06:02
So we studied salamander locomotion in more detail,
133
362880
2456
Ми дослідили пересування саламандри детальніше,
06:05
and we had in fact access to a very nice X-ray video machine
134
365360
3096
використовуючи чудову рентгенівську відеоустановку,
06:08
from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany.
135
368480
3576
надану професором Мартином Фішером з університету Єни в Німеччині.
06:12
And thanks to that, you really have an amazing machine
136
372080
2576
І завдяки цьому ми мали дивовижний пристрій
06:14
to record all the bone motion in great detail.
137
374680
2456
для дуже точного запису усіх рухів кісток.
06:17
That's what we did.
138
377160
1256
Тож ось що ми зробили.
06:18
So we basically figured out which bones are important for us
139
378440
3176
По суті, ми визначили, які кістки нас цікавлять,
06:21
and collected their motion in 3D.
140
381640
3016
і зробили тривимірний запис їхніх рухів.
06:24
And what we did is collect a whole database of motions,
141
384680
2696
Потім ми зібрали базу даних рухів,
06:27
both on ground and in water,
142
387400
1656
як на землі, так і у воді,
06:29
to really collect a whole database of motor behaviors
143
389080
2484
щоб створити повну базу даних моторних поведінок,
06:31
that a real animal can do.
144
391589
1244
доступних справжній тварині.
06:32
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
145
392858
3150
А потім ми, робототехніки, мали відтворити це у нашому ро́боті.
06:36
So we did a whole optimization process to find out the right structure,
146
396033
3383
Ми проробили величезну робо́ту, щоб визначити оптимальну структуру,
06:39
where to place the motors, how to connect them together,
147
399440
2656
з’ясувати, де розмістити двигуни, як з’єднати їх докупи,
06:42
to be able to replay these motions as well as possible.
148
402120
2880
щоб відтворити ці рухи так добре, як тільки можливо.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
405680
2360
Так і з’явився Плевробот.
06:49
So let's look at how close it is to the real animal.
150
409200
2416
Отже, погляньмо, наскільки він подібний до живої тварини.
06:52
So what you see here is almost a direct comparison
151
412960
2496
Тут ви бачите майже точне порівняння
06:55
between the walking of the real animal and the Pleurobot.
152
415480
2696
рухів живої тварини і Плевробота.
06:58
You can see that we have almost a one-to-one exact replay
153
418200
2736
Ви бачите, що тут у нас майже повна відповідність
07:00
of the walking gait.
154
420960
1256
рухів повільного алюру.
07:02
If you go backwards and slowly, you see it even better.
155
422240
2600
Повільне зворотнє відтворення ще краще це демонструє.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
427520
2376
Ба більше - ми можемо плавати.
07:09
So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
157
429920
3016
Для цього ми вдягаємо робота у водонепроникний костюм -
07:12
(Laughter)
158
432960
1096
(Сміх)
07:14
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
159
434080
3176
тоді пускаємо його у воду і відтворюємо алюри плавання.
07:17
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
160
437280
3336
І тут ми були дуже щасливі, бо це дуже важко зробити.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
440640
2216
Фізика взаємодії складна.
07:22
Our robot is much bigger than a small animal,
162
442880
2416
Наш робот значно більший за маленьку тварину,
07:25
so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies
163
445320
3056
тож нам довелося виконати динамічне масштабування частот
07:28
to make sure we had the same interaction physics.
164
448400
2336
щоб мати ту саму фізику взаємодії,
07:30
But you see at the end, we have a very close match,
165
450760
2416
але, врешті-решт, ми досягли дуже точного відтворення
07:33
and we were very, very happy with this.
166
453200
1880
і були від того дуже щасливі.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
455480
2216
Отже, погляньмо на спинний мозок.
07:37
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen
168
457720
2296
Тут ми, разом з Жаном-Марі Кабельґеном,
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
460040
2240
змоделювали схему спинного мозку.
Цікаво, що у саламандри збереглася дуже примітивна
07:43
And what's interesting is that the salamander
170
463040
2136
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
465200
1620
організація нервової системи,
07:46
which is very similar to the one we find in the lamprey,
172
466844
2652
дуже подібна до тієї, яку ми бачимо у міноги,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
469520
1976
примітивної вугроподібної риби,
07:51
and it looks like during evolution,
174
471520
1736
і схоже, що в перебігу еволюції
07:53
new neural oscillators have been added to control the limbs,
175
473280
2936
додавалися нові нервові осцилятори, щоб керувати кінцівками,
07:56
to do the leg locomotion.
176
476240
1416
і з їхньою допомогою пересуватися.
07:57
And we know where these neural oscillators are
177
477680
2176
Ми знаємо, де розташовані ці осцилятори,
07:59
but what we did was to make a mathematical model
178
479880
2256
але ще зробили математичну модель,
аби зрозуміти, як вони мають з’єднуватись,
08:02
to see how they should be coupled
179
482160
1616
08:03
to allow this transition between the two very different gaits.
180
483800
2936
щоб уможливити це перемикання між двома дуже різними алюрами.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
486760
2560
І ми випробували цю модель на роботі.
08:09
And this is how it looks.
182
489680
1200
Тож ось як це виглядає.
08:18
So what you see here is a previous version of Pleurobot
183
498920
3016
Тут ви бачите попередню версію Плевробота,
08:21
that's completely controlled by our spinal cord model
184
501960
3096
який цілком контролюється нашою моделлю спинного мозку,
08:25
programmed on board of the robot.
185
505080
1600
записаною в пам’ять робота.
08:27
And the only thing we do
186
507280
1216
Єдине, що ми робимо -
08:28
is send to the robot through a remote control
187
508520
2176
надсилаємо через дистанційне керування
08:30
the two descending signals it normally should receive
188
510720
2496
два сигнали, які тварина має отримувати
08:33
from the upper part of the brain.
189
513240
1600
від головного мозку.
08:35
And what's interesting is, by playing with these signals,
190
515480
2696
Цікаво, що змінюючи ці сигнали,
08:38
we can completely control speed, heading and type of gait.
191
518200
2800
ми можемо цілком контролювати швидкість, напрямок і тип алюру.
08:41
For instance,
192
521600
1216
Наприклад,
08:42
when we stimulate at a low level, we have the walking gait,
193
522840
3576
коли стимуляція слабка, ми бачимо звичайну ходу,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
526440
1976
а коли стимуляція сильна, в певну мить
08:48
very rapidly it switches to the swimming gait.
195
528440
2160
алюр дуже швидко змінюється на плавання.
08:51
And finally, we can also do turning very nicely
196
531480
2216
І нарешті, ми також можемо дуже добре робити повороти,
08:53
by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
197
533720
3520
просто стимулюючи один бік спинного мозку більше ніж інший.
08:58
And I think it's really beautiful
198
538200
1616
Я вважаю справді дивовижним
08:59
how nature has distributed control
199
539840
2256
те, як природа розподілила керування,
09:02
to really give a lot of responsibility to the spinal cord
200
542120
2856
поклавши значну частину обов’язків на спинний мозок,
09:05
so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle.
201
545000
3656
щоб головний мозок не мав хвилюватися про кожен м’яз.
09:08
It just has to worry about this high-level modulation,
202
548680
2536
Він має хвилюватися лише про високорівневу модуляцію,
09:11
and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
203
551240
3576
а робота спинного мозку - координувати усі м’язи.
09:14
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
204
554840
3520
А тепер погляньмо на пересування котів і на важливість біомеханіки.
09:19
So this is another project
205
559080
1256
Це ще один наш проект,
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
560360
2416
в якому ми вивчали котячу біомеханіку
09:22
and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
207
562800
3896
і хотіли з’ясувати, наскільки будова допомагає пересуванню.
09:26
And we found three important criteria in the properties,
208
566720
3616
Ми виявили три важливих критерії
09:30
basically, of the limbs.
209
570360
1320
у властивостях кінцівок.
09:32
The first one is that a cat limb
210
572320
1976
Перша - кінцівка кота -
09:34
more or less looks like a pantograph-like structure.
211
574320
2696
це конструкція, більш-менш подібна до пантографа.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
577040
2216
Пантограф - це механічна конструкція,
09:39
which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
213
579280
3400
в якій верхній і нижній сегменти завжди паралельні.
09:43
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit
214
583600
3096
Проста геометрична система, яка узгоджує
09:46
the internal movement of the segments.
215
586720
1816
внутрішні рухи сегментів.
09:48
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
216
588560
3056
Друга властивість котячих кінцівок - вони дуже легкі.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
591640
1856
Більшість м’язів зосереджено в тулубі,
09:53
which is a good idea, because then the limbs have low inertia
218
593520
2896
і це хороша ідея, бо тоді кінцівки мають малу інерцію
09:56
and can be moved very rapidly.
219
596440
1776
і можуть рухатись дуже швидко.
09:58
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb,
220
598240
3816
Остання, і дуже важлива властивість, - надзвичайна пружність котячої кінцівки,
10:02
so to handle impacts and forces.
221
602080
2656
щоб витримувати удари і великі навантаження.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
604760
2336
Саме таким ми й створили робота Малюка Гепарда.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
607120
2200
Отже, запрошуємо Малюка Гепарда на сцену.
Це - Пітер Екерт, який працює над дисертацією, присвяченою цьому роботу,
10:14
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot,
224
614160
3656
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
617840
2056
і, як бачите, це гарненький маленький робот.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
619920
1256
Трохи схожий на іграшку,
10:21
but it was really used as a scientific tool
227
621200
2056
але, насправді, це науковий інструмент,
10:23
to investigate these properties of the legs of the cat.
228
623280
3296
який допомагав досліджувати властивості котячих лап.
10:26
So you see, it's very compliant, very lightweight,
229
626600
2616
Отже, як бачите, він дуже податливий, дуже легкий,
10:29
and also very elastic,
230
629240
1256
а також дуже пружний,
10:30
so you can easily press it down and it will not break.
231
630520
2776
тож його можна спокійно притиснути, і він не зламається.
10:33
It will just jump, in fact.
232
633320
1456
Натомість, він просто стрибне.
10:34
And this very elastic property is also very important.
233
634800
2880
Ця пружна властивість також дуже важлива.
10:39
And you also see a bit these properties
234
639160
1896
Також, можна побачити властивості
10:41
of these three segments of the leg as pantograph.
235
641080
2400
пантографа у цих трьох сегментах лапи.
10:44
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait
236
644280
2776
Цікаво те, що цей досить динамічний алюр
досягається винятково статичним керуванням,
10:47
is obtained purely in open loop,
237
647080
1896
10:49
meaning no sensors, no complex feedback loops.
238
649000
3136
тобто без сенсорів, без складних циклів зворотного зв’язку.
10:52
And that's interesting, because it means
239
652160
2416
І це цікаво, бо це означає,
10:54
that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait,
240
654600
4016
що сама лише механіка стабілізує цей досить швидкий алюр
10:58
and that really good mechanics already basically simplify locomotion.
241
658640
4176
і, що справді хороша механіка вже сама собою спрощує пересування
11:02
To the extent that we can even disturb a bit locomotion,
242
662840
3296
настільки, що ми навіть можемо трохи ускладнити пересування,
11:06
as you will see in the next video,
243
666160
1656
як ви побачите у наступному відео,
11:07
where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step,
244
667840
3896
де ми, наприклад, даємо ро́боту завдання в процесі бігу зіскочити зі сходинки -
11:11
and the robot will not fall over,
245
671760
1616
і робот не падає,
11:13
which was a surprise for us.
246
673400
1576
що було для нас несподіванкою.
11:15
This is a small perturbation.
247
675000
1416
Це маленька перешкода.
11:16
I was expecting the robot to immediately fall over,
248
676440
2416
Я очікував, що робот відразу впаде, бо
11:18
because there are no sensors, no fast feedback loop.
249
678880
2436
він не має сенсорів і швидкого зворотного зв’язку.
11:21
But no, just the mechanics stabilized the gait,
250
681340
2196
Але ж ні. Сама механіка стабілізує рух,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
683560
1576
і робот не падає.
11:25
Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles,
252
685160
3136
Звісно, якщо збільшити крок і додати перешкод,
11:28
you need the full control loops and reflexes and everything.
253
688320
3656
знадобиться повноцінне динамічне керування, рефлекси і таке інше.
11:32
But what's important here is that just for small perturbation,
254
692000
2936
Але тут важливо те, що для подолання невеликих перешкод
11:34
the mechanics are right.
255
694960
1496
механіка працює.
11:36
And I think this is a very important message
256
696480
2096
І, я думаю, це дуже важливий сигнал, який
11:38
from biomechanics and robotics to neuroscience,
257
698600
2191
біомеханіка і робототехніка надсилають нейронауці -
11:40
saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
258
700815
4680
не варто недооцінювати того наскільки тіло сприяє пересуванню.
11:47
Now, how does this relate to human locomotion?
259
707440
2160
Як це стосується людського пересування?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion,
260
709960
3640
Безсумнівно, людське пересування складніше ніж у кота й саламандри,
11:54
but at the same time, the nervous system of humans is very similar
261
714360
3136
але, водночас, нервові системи людини й інших хребетних
11:57
to that of other vertebrates.
262
717520
1576
дуже подібні.
11:59
And especially the spinal cord
263
719120
1456
Особливо спинний мозок,
12:00
is also the key controller for locomotion in humans.
264
720600
2640
який у людей також є контро́лером пересування.
12:03
That's why, if there's a lesion of the spinal cord,
265
723760
2416
Ось чому ушкодження спинного мозку
12:06
this has dramatic effects.
266
726200
1496
має катастрофічні наслідки,
12:07
The person can become paraplegic or tetraplegic.
267
727720
2776
спричиняючи параліч нижніх або усіх чотирьох кінцівок.
12:10
This is because the brain loses this communication
268
730520
2376
Це тому, що головний мозок втрачає зв’язок
12:12
with the spinal cord.
269
732920
1256
зі спинним мозком.
12:14
Especially, it loses this descending modulation
270
734200
2216
Зокрема, він не може здійснювати модуляцію,
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
736440
1920
щоб ініціювати і модулювати пересування.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
739640
1696
Тож велика мета нейропротезування -
12:21
is to be able to reactivate that communication
273
741360
2376
навчитися відновлювати цей зв’язок,
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
743760
2440
використовуючи електричну або хімічну стимуляцію.
12:26
And there are several teams in the world that do exactly that,
275
746840
2936
У світі є кілька дослідницьких груп, які займаються саме цим.
12:29
especially at EPFL.
276
749800
1216
Зокрема в EPFL,
12:31
My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera,
277
751040
2496
мої колеги Ґреґуа Кортін та Сильвестро Мічера,
12:33
with whom I collaborate.
278
753560
1240
з якими я співпрацюю.
12:35
But to do this properly, it's very important to understand
279
755960
3096
Але, щоб зробити це правильно, дуже важливо зрозуміти,
12:39
how the spinal cord works,
280
759080
1736
як працює спинний мозок,
12:40
how it interacts with the body,
281
760840
1696
як він взаємодіє з тілом,
12:42
and how the brain communicates with the spinal cord.
282
762560
2480
і як головний мозок комунікує зі спинним мозком.
12:45
This is where the robots and models that I've presented today
283
765800
2896
Саме тут ро́боти й моделі, які я сьогодні показував,
12:48
will hopefully play a key role
284
768720
1896
сподіваюсь, гратимуть ключову роль
12:50
towards these very important goals.
285
770640
2656
для досягнення цих дуже важливих цілей.
12:53
Thank you.
286
773320
1216
Дякую.
12:54
(Applause)
287
774560
4560
(Оплески)
Бруно Ґіссані: Ак, у вашій лабораторії я бачив інших роботів,
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots
288
784100
2636
13:06
that do things like swim in pollution
289
786760
2456
які, можуть плавати у забрудненому середовищі
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
789240
2456
і при цьому вимірювати рівень забруднення.
13:11
But for this one,
291
791720
1216
Але про цього робота
13:12
you mentioned in your talk, like a side project,
292
792960
3480
ви згадали у своїй промові, як про побічний проект,
13:17
search and rescue,
293
797640
1216
пошуково-рятувальний.
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
798880
2176
І в нього є камера на носі.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
801080
2496
Ак Ісперт: Саме так.
13:23
We have some spin-off projects
296
803600
1429
У нас є деякі побічні проекти,
13:25
where we would like to use the robots to do search and rescue inspection,
297
805053
3443
де ми хочемо, щоб ро́боти виконували пошуково-рятувальні функції.
13:28
so this robot is now seeing you.
298
808520
1576
Отже, цей робот зараз бачить вас.
13:30
And the big dream is to, if you have a difficult situation
299
810120
3176
Ми мріємо про те, щоб при надзвичайних подіях,
13:33
like a collapsed building or a building that is flooded,
300
813320
3616
наприклад, при руйнуванні або затопленні будинку,
13:36
and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs,
301
816960
3336
коли небезпека для пошукової групи або навіть собаки дуже велика,
13:40
why not send in a robot that can crawl around, swim, walk,
302
820320
2896
ми могли б послати робота, який би повзав, плавав, ходив
13:43
with a camera onboard to do inspection and identify survivors
303
823240
3176
з камерою на борту, щоб провести обстеження, знайти вцілілих
13:46
and possibly create a communication link with the survivor.
304
826440
2776
і, можливо, встановити зв’язок з постраждалим.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
305
829240
3576
БҐ: Звичайно, якщо припустити, що постраждалий не злякається його.
13:52
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit,
306
832840
3296
АІ: Так, напевно, нам варто трохи змінити його вигляд,
13:56
because here I guess a survivor might die of a heart attack
307
836160
2816
бо, я гадаю, постраждалий може вмерти від серцевого нападу,
13:59
just of being worried that this would feed on you.
308
839000
2536
злякавшись, що ця істота хоче його з’їсти.
14:01
But by changing the appearance and it making it more robust,
309
841560
2856
Але, якщо змінити вигляд і зробити його міцнішим,
14:04
I'm sure we can make a good tool out of it.
310
844440
2056
я певен, з нього вийде добрий рятувальник.
14:06
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
311
846520
2286
БҐ: Дуже вам дякую. Вам і вашій команді.
Про цей сайт

Цей сайт познайомить вас з відеороликами YouTube, корисними для вивчення англійської мови. Ви побачите уроки англійської мови, які проводять першокласні викладачі з усього світу. Двічі клацніть на англійських субтитрах, що відображаються на кожній сторінці відео, щоб відтворити відео з цієї сторінки. Субтитри прокручуються синхронно з відтворенням відео. Якщо у вас є коментарі або побажання, будь ласка, зв'яжіться з нами за допомогою цієї контактної форми.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7