Auke Ijspeert: A robot that runs and swims like a salamander
Auke Ijspeert: Um robô que corre e nada como uma salamandra
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
para imitar a espécie das salamandras
como verão adiante.
"Por que projetamos este robô?"
why did we design this robot?
as a scientific tool for neuroscience.
científica para a neurociência.
together with neurobiologists
com neurobiologistas
controla o movimento.
controls locomotion.
by animal locomotion.
or a cat running or jumping around,
num gato correndo ou pulando por aí...
a very, very complex control problem.
um problema de controle muito complexo.
200 músculos perfeitamente,
more or less 200 muscles perfectly,
cairemos ou nos locomoveremos mal.
we fall over or we do bad locomotion.
how this works.
como isso funciona.
por trás da locomoção animal.
behind animal locomotion.
já simplifica a locomoção em animais.
already simplify locomotion in animals.
um circuito de coordenação sensório-motora
a sensorimotor coordination loop
na medula espinhal e a atividade mecânica.
and mechanical activity.
are central pattern generators.
são os geradores de padrão central.
na medula espinhal de animais vertebrados
in the spinal cord of vertebrate animals
bem coordenados
rhythmic patterns of activity
sinais de entrada bem simples.
only very simple input signals.
from higher parts of the brain,
das partes mais altas do cérebro,
the cerebellum, the basal ganglia,
os gânglios basais,
da medula espinhal
of the spinal cord
um componente de baixo nível,
just a low-level component,
do problema de locomoção.
of the locomotion problem.
de uma galinha for arrancada,
that you can cut the head off a chicken,
medula espinhal e corpo,
spinal cord and body,
is very complex,
é bem complexo,
na medula espinhal é muito difícil.
is very difficult.
no córtex motor
in the motor cortex
já que ela é protegida pelas vértebras.
because it's protected by the vertebrae.
is really due to a very complex
se dá numa complicadíssima
entre esses quatro componentes.
between these four components.
qual é o papel de cada um o tempo todo.
what's the role of each over time.
and mathematical models
e modelos matemáticos
de pesquisa na Robótica,
of research in robotics
se inspirar nos animais
take inspiration from animals
saiam ao ar livre,
de pesquisa e resgate
or search and rescue robots
é se inspirar nos animais
is to take inspiration from animals
com terrenos complexos:
complex terrain --
e onde os animais se viram muito melhor.
still have difficulties
can do a much better job.
ferramenta científica também.
scientific tool as well.
em que os robôs são usados
where robots are used,
para a neurociência, biomecânica
for biomechanics or for hydrodynamics.
the purpose of Pleurobot.
a finalidade do Pleurobô.
é colaborar com neurobiologistas,
is to collaborate with neurobiologists
a neurobiologist in Bordeaux in France,
um neurobiologista de Bordeaux, na França,
and validate them on robots.
de medula espinhal e validá-los nos robôs.
que são peixes bem primitivos
very primitive fish,
para a locomoção mais complexa,
go toward more complex locomotion,
uma interessante ferramenta
an interesting tool
é um tipo de sonho se tornando realidade.
is a kind of dream becoming true.
I was already working on a computer
eu já trabalhava no computador
das lampreias e salamandras,
and salamander locomotion
eram apenas aproximações.
were just approximations.
ou na lama, ou num terreno complexo;
or with mud or with complex ground,
adequadamente num computador.
properly on a computer.
e física real?
and real physics?
one of my favorites is the salamander.
um dos meus favoritos é a salamandra.
a razão é que, como um anfíbio,
and it's because as an amphibian,
do ponto de vista evolutivo.
from an evolutionary point of view.
entre o nado,
between swimming,
como se vê nos mamíferos, gatos e humanos.
as you see in mammals, in cats and humans.
vertebrado terrestre,
terrestrial vertebrate,
os tetrápodes terrestres.
natação anguiliforme.
an anguilliform swimming gait,
de atividade muscular, da cabeça à cauda.
of muscle activity from head to tail.
the salamander on the ground,
caminhada em marcha.
a walking trot gait.
ativação periódica dos membros,
periodic activation of the limbs
com esta ondulação estacionária do corpo,
undulation of the body,
que se vê aqui no Pleurobô.
that you are seeing here on Pleurobot.
e fascinante, na verdade,
and fascinating in fact
apenas pela medula espinhal e o corpo.
just by the spinal cord and the body.
uma salamandra sem o cérebro...
a decerebrated salamander --
but you remove the head --
pois se remove sua cabeça...
stimulate the spinal cord,
a medula espinhal,
isso induzirá a uma caminhada em marcha.
this will induce a walking-like gait.
a marcha acelera.
the gait accelerates.
o animal começa a nadar.
the animal switches to swimming.
como se estivesse pisando no acelerador
à medula espinhal,
to your spinal cord,
entre duas marchas bem diferentes.
between two very different gaits.
has been observed in cats.
o trote e o galope.
walk, trot and gallop.
switch between walking,
entre caminhada,
at high-level stimulation.
muito sofisticado.
locomotion controller.
da salamandra detalhadamente,
in more detail,
to a very nice X-ray video machine
a uma máquina de vídeo de raio X
na Universidade de Jena, na Alemanha.
in Jena University in Germany.
you really have an amazing machine
de ossos detalhadamente.
in great detail.
são importantes para nós
which bones are important for us
um banco de dados completo de movimentos,
a whole database of motions,
dos comportamentos motores
of motor behaviors
foi replicar isso no robô.
was to replicate that in our robot.
para encontrar a estrutura certa,
to find out the right structure,
how to connect them together,
da melhor forma possível.
these motions as well as possible.
it is to the real animal.
em relação a um animal real.
is almost a direct comparison
é quase uma comparação direta
e o Pleurobô.
of the real animal and the Pleurobot.
uma reprodução quase exata
almost a one-to-one exact replay
a percepção é ainda melhor.
you see it even better.
que colocamos pelo robô inteiro;
that we put all over the robot --
e a começar a reproduzir o nado.
and start replaying the swimming gaits.
porque isso é bem difícil de se fazer.
because this is difficult to do.
do que um animal pequeno,
than a small animal,
de escalonamento dinâmico das frequências,
dynamic scaling of the frequencies
as mesmas interações físicas.
the same interaction physics.
we have a very close match,
uma relação bem próxima
com Jean-Marie Cabelguen
with Jean-Marie Cabelguen
da medula espinhal.
is that the salamander
to the one we find in the lamprey,
com o que encontramos na lampreia,
adicionados para controlar os membros,
have been added to control the limbs,
these neural oscillators are
esses osciladores,
foi criar um modelo matemático
a mathematical model
movimentos díspares.
between the two very different gaits.
is a previous version of Pleurobot
é a versão anterior do Pleurobô
pelo nosso modelo de medula espinhal
by our spinal cord model
por um controle remoto,
through a remote control
que ele normalmente receberia
it normally should receive
by playing with these signals,
a velocidade, direção e tipo de movimento.
speed, heading and type of gait.
temos o movimento de caminhada,
we have the walking gait,
se estimulamos muito,
to the swimming gait.
fazer desvios com destreza,
do turning very nicely
of the spinal cord than the other.
da medula espinhal do que outro.
distribuiu o controle
muita responsabilidade,
to the spinal cord
não precisa se preocupar com cada músculo,
doesn't need to worry about every muscle.
about this high-level modulation,
para coordenar todos os músculos.
to coordinate all the muscles.
e a importância da biomecânica.
and the importance of biomechanics.
ajuda na locomoção.
the morphology helps locomotion.
importantes nas propriedades
criteria in the properties,
como uma estrutura pantográfica.
like a pantograph-like structure.
e inferior sempre paralelos.
and the lower segments always parallel.
that kind of coordinates a bit
que coordena um pouco
dos gatos é que eles são bem leves.
is that they are very lightweight.
têm baixa inércia
because then the limbs have low inertia
é este jeito elástico dos membros felinos,
very elastic behavior of the cat limb,
who does his PhD on this robot,
que faz seu doutorado neste robô,
como uma ferramenta científica
as a scientific tool
of the legs of the cat.
das patas dos gatos.
very lightweight,
que ele não vai quebrar.
and it will not break.
é também muito importante.
is also very important.
um pouco dessas propriedades
of the leg as pantograph.
da pata como um pantógrafo.
is that this quite dynamic gait
é que esta caminhada bem dinâmica
sem malhas complexas de feedback.
no complex feedback loops.
estabilizar esta marcha bem rápida
already stabilized this quite rapid gait,
praticamente simplifica a locomoção.
already basically simplify locomotion.
dificultar um pouco a locomoção,
disturb a bit locomotion,
no qual o robô desce um degrau,
where we have the robot go down a step,
fosse cair imediatamente,
to immediately fall over,
nenhuma malha rápida de feedback.
no fast feedback loop.
estabilizou a marcha,
stabilized the gait,
e se você tiver obstáculos,
and if you have obstacles,
reflexos e tudo mais.
and reflexes and everything.
é que para um pequeno obstáculo,
is that just for small perturbation,
uma mensagem bem importante
a very important message
para a neurociência,
to neuroscience,
do corpo em ajudar na locomoção.
the body already helps locomotion.
com a locomoção humana?
to human locomotion?
do que a de um gato ou salamandra,
than cat and salamander locomotion,
o sistema nervoso humano é bem similar
of humans is very similar
para a locomoção nos humanos.
for locomotion in humans.
uma lesão na medula espinhal,
of the spinal cord,
paraplégica ou tetraplégica.
paraplegic or tetraplegic.
perde a comunicação
loses this communication
a modulação descendente
this descending modulation
that communication
in the world that do exactly that,
que fazem exatamente isso,
e Silvestro Micera,
and Silvestro Micera,
it's very important to understand
é muito importante entender
communicates with the spinal cord.
and models that I've presented today
que eu apresentei hoje
outros robôs em seu laboratório
in your lab other robots
como um projeto à parte,
like a side project,
fazendo inspeções de busca e resgate,
to do search and rescue inspection,
uma situação complicada,
if you have a difficult situation
ou que está inundado,
or a building that is flooded,
para equipes ou mesmo cães de resgate,
for a rescue team or even rescue dogs,
que pode rastejar, nadar, andar,
that can crawl around, swim, walk,
identificar sobreviventes
to do inspection and identify survivors
de comunicação com o sobrevivente?
a communication link with the survivor.
que os sobreviventes não fiquem com medo
don't get scared by the shape of this.
change the appearance quite a bit,
mudar um pouco a aparência,
poderia morrer de infarto
might die of a heart attack
se alimentar dele.
that this would feed on you.
e torná-lo mais robusto,
and it making it more robust,
uma boa ferramenta.
a good tool out of it.
Obrigado a você e à sua equipe.
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