Auke Ijspeert: A robot that runs and swims like a salamander
אאוקה איג'ספירט: רובוט שרץ ושוחה כמו סלמנדרה
Auke Ijspeert works at the intersection of robotics, biology and computational neuroscience. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
to closely mimic a salamander species
לחקות במדויק מין סלמנדרות
why did we design this robot?
למה תכננו את הרובוט הזה?
as a scientific tool for neuroscience.
ככלי מדעי למדעני מוח.
together with neurobiologists
controls locomotion.
by animal locomotion.
or a cat running or jumping around,
או חתול רץ או קופץ,
a very, very complex control problem.
בעיות תנועה מאוד מאוד מורכבות.
more or less 200 muscles perfectly,
200 שרירים בשלמות,
we fall over or we do bad locomotion.
אנחנו נופלים או שנעים בצורה גרועה.
how this works.
behind animal locomotion.
מאחורי תנועת החיות.
already simplify locomotion in animals.
כבר פישטה את התנועה בחיות.
a sensorimotor coordination loop
לולאת קואורדינציה סנסורית מוטורית
and mechanical activity.
ופעילות מכאנית.
are central pattern generators.
in the spinal cord of vertebrate animals
בעמוד השדרה של בעלי חוליות
rhythmic patterns of activity
only very simple input signals.
from higher parts of the brain,
מחלקים גבוהים יותר במוח,
the cerebellum, the basal ganglia,
המוח הקטן, הגנגליונים הבאזלתיים,
of the spinal cord
just a low-level component,
באיזו רמה חלק ברמה נמוכה,
of the locomotion problem.
that you can cut the head off a chicken,
שאתם יכולים לחתוך את ראש התרנגולת,
spinal cord and body,
is very complex,
is very difficult.
in the motor cortex
אלקטרודות באונה המוטורית
because it's protected by the vertebrae.
מפני שהוא מוגן על ידי חוליות.
is really due to a very complex
between these four components.
בין ארבעת הרכיבים האלו.
what's the role of each over time.
של כל אחד לאורך הזמן.
and mathematical models
פלאורובוט ומודלים מתמטיים
of research in robotics
של מחקר ברובוטיקה
take inspiration from animals
or search and rescue robots
is to take inspiration from animals
complex terrain --
עם פני שטח מורכבים --
still have difficulties
can do a much better job.
scientific tool as well.
where robots are used,
שם הרובוטים נמצאים בשימוש,
for biomechanics or for hydrodynamics.
לביו מכאניקה או להידרו דינמיקה.
the purpose of Pleurobot.
is to collaborate with neurobiologists
זה לשתף פעולה עם ניורו ביולוגים
a neurobiologist in Bordeaux in France,
נוירו ביולוג בבורדו, צרפת,
and validate them on robots.
של חוט שדרה ולאמת אותם ברובוטים.
very primitive fish,
go toward more complex locomotion,
an interesting tool
is a kind of dream becoming true.
פלאורובוט הוא סוג של חלום שהתגשם.
I was already working on a computer
עבדתי כבר על מחשב
and salamander locomotion
were just approximations.
or with mud or with complex ground,
או עם בוץ או עם פני שטח מורכבים,
properly on a computer.
and real physics?
one of my favorites is the salamander.
אחת מהמועדפות עלי היא הסלמנדרה.
and it's because as an amphibian,
וזה בגלל שכחיה אמפיבית,
from an evolutionary point of view.
between swimming,
as you see in mammals, in cats and humans.
כמו שאתם רואים ביונקים, בחתולים ואנשים.
terrestrial vertebrate,
an anguilliform swimming gait,
צורת הליכת שחיה אנגיוליפורמי,
of muscle activity from head to tail.
של פעילות שרירים מהראש לזנב.
the salamander on the ground,
a walking trot gait.
periodic activation of the limbs
הפעלה תקופתית נחמדה של הגפיים
undulation of the body,
that you are seeing here on Pleurobot.
and fascinating in fact
just by the spinal cord and the body.
מיוצר רק על ידי חוט השדרה והגוף.
a decerebrated salamander --
but you remove the head --
stimulate the spinal cord,
this will induce a walking-like gait.
זה יעורר מה שנראה כמו צורת הליכה.
the gait accelerates.
the animal switches to swimming.
to your spinal cord,
between two very different gaits.
בין שתי צורות הליכה מאוד שונות.
has been observed in cats.
walk, trot and gallop.
switch between walking,
לציפור למתג בין הליכה,
at high-level stimulation.
locomotion controller.
in more detail,
to a very nice X-ray video machine
למכונת וידאו רנטגן ממש נחמדה
in Jena University in Germany.
באוניברסיטת ינה בגרמניה.
you really have an amazing machine
in great detail.
which bones are important for us
a whole database of motions,
מאגר מידע שלם של תנועות,
of motor behaviors
של תנועות מוטוריות
was to replicate that in our robot.
היתה לשכפל את זה ברובוטים.
to find out the right structure,
כדי לגלות את המבנה הנכון,
how to connect them together,
these motions as well as possible.
את התנועות האלו הכי טוב שאפשר.
it is to the real animal.
is almost a direct comparison
of the real animal and the Pleurobot.
almost a one-to-one exact replay
כמעט חזרה של אחד לאחד
you see it even better.
אתם רואים את זה הרבה יותר טוב.
אנחנו יכולים לעשות שחיה.
that we put all over the robot --
שאנחנו שמים על כל הרובוט --
and start replaying the swimming gaits.
ולהתחיל לשחזר את צורת השחיה.
because this is difficult to do.
מפני שזה באמת קשה לעשות.
than a small animal,
dynamic scaling of the frequencies
הגדלה דינמית של תדירויות
the same interaction physics.
we have a very close match,
with Jean-Marie Cabelguen
is that the salamander
to the one we find in the lamprey,
have been added to control the limbs,
הוספו כדי לשלוט באברים,
these neural oscillators are
התנודות העצביות האלו נמצאות
a mathematical model
between the two very different gaits.
שתי צורות ההליכה המאוד שונות האלו.
is a previous version of Pleurobot
זה גרסה קודמת של הפלאורובוט
by our spinal cord model
through a remote control
it normally should receive
שהוא בדרך כלל צריך לקבל
by playing with these signals,
שעל ידי משחק עם האותות האלו,
speed, heading and type of gait.
בכיוון ובסוג ההליכה.
we have the walking gait,
יש לנו צורת צעד של הליכה,
to the swimming gait.
do turning very nicely
לעשות פניות מאוד יפה
of the spinal cord than the other.
של חוט השדרה יותר מאשר האחר.
to the spinal cord
doesn't need to worry about every muscle.
לא צריך לדאוג בנוגע לכל שריר.
about this high-level modulation,
בנוגע לתנודות ברמות גבוהות,
to coordinate all the muscles.
לתאם את כל השרירים.
and the importance of biomechanics.
והחשיבות של ביו מכאניקה.
the morphology helps locomotion.
criteria in the properties,
like a pantograph-like structure.
and the lower segments always parallel.
והחלקים הנמוכים תמיד מקבילים.
that kind of coordinates a bit
is that they are very lightweight.
היא שהם מאוד קלים.
because then the limbs have low inertia
מפני שאז לגפיים יש אינרציה נמוכה
very elastic behavior of the cat limb,
התהנהגות המאוד אלסטית של גפי החתול,
who does his PhD on this robot,
שעושה את הדוקטורט שלו על הרובוט הזה,
as a scientific tool
of the legs of the cat.
very lightweight,
and it will not break.
והוא לא ישבר.
is also very important.
of the leg as pantograph.
is that this quite dynamic gait
זה שצורת הצעד הדי דינמית
no complex feedback loops.
ללא לולאות משוב מורכבות.
already stabilized this quite rapid gait,
את הצעד הדי מהיר הזה,
already basically simplify locomotion.
כבר בעיקרון מפשטת תנועה.
disturb a bit locomotion,
where we have the robot go down a step,
בו הרובוט יורד במדרגות,
to immediately fall over,
no fast feedback loop.
stabilized the gait,
and if you have obstacles,
ואם יש לכם מכשולים,
and reflexes and everything.
וריפלקסים והכל.
is that just for small perturbation,
a very important message
to neuroscience,
the body already helps locomotion.
הגוף כבר עוזר לתנועה.
to human locomotion?
than cat and salamander locomotion,
מתנועה של חתולים וסלמנדרות,
of humans is very similar
מערכת העצבים של אנשים היא מאוד דומה
for locomotion in humans.
of the spinal cord,
paraplegic or tetraplegic.
loses this communication
this descending modulation
that communication
in the world that do exactly that,
שעושים בדיוק את זה,
and Silvestro Micera,
it's very important to understand
זה מאוד חשוב להבין
communicates with the spinal cord.
and models that I've presented today
in your lab other robots
ראיתי במעבדה שלך רובוטים אחרים
like a side project,
to do search and rescue inspection,
כדי לעשות בדיקות חיפוש והצלה,
if you have a difficult situation
or a building that is flooded,
for a rescue team or even rescue dogs,
או אפילו לכלבי הצלה,
that can crawl around, swim, walk,
לשחות, ללכת,
to do inspection and identify survivors
בחינה וזיהוי של ניצולים
a communication link with the survivor.
don't get scared by the shape of this.
לא יפחדו מהצורה של זה.
change the appearance quite a bit,
לשנות את הנראות די הרבה,
might die of a heart attack
שניצול אולי ימות מהתקף לב
that this would feed on you.
and it making it more robust,
ולעשות אותו יותר עמיד,
a good tool out of it.
Thank you and your team.
ABOUT THE SPEAKER
Auke Ijspeert - RoboticistAuke Ijspeert works at the intersection of robotics, biology and computational neuroscience.
Why you should listen
Auke Ijspeert is a professor at the EPFL (the Swiss Federal Institute of Technology at Lausanne), and head of the Biorobotics Laboratory (BioRob). He has a BSc/MSc in Physics from the EPFL and a PhD in artificial intelligence from the University of Edinburgh, with John Hallam and David Willshaw as advisors. He carried out postdocs at IDSIA and EPFL with Jean-Daniel Nicoud and Luca Gambardella, and at the University of Southern California, with Michael Arbib and Stefan Schaal.
Ijspeert is interested in using numerical simulations and robots to get a better understanding of animal locomotion and movement control, and in using inspiration from biology to design novel types of robots and locomotion controllers.
Auke Ijspeert | Speaker | TED.com