TEDGlobal>Geneva
Auke Ijspeert: A robot that runs and swims like a salamander
Auke Ijspeert: Un robot care aleargă și înoată precum o salamandră
Filmed:
Readability: 4.8
2,016,271 views
Auke Ijspeert proiectează bioroboți, mașini modelate după animale reale care sunt capabile să facă lucruri complexe și care arată ca și cum ar fi deprinse din paginile unui roman științifico-fantastic. Procesul de creare a acestor roboți duce la o mai bună automatizare care poate fi folosită pentru servicii de căutare și salvare. Însă acești roboți nu doar că imită lumea naturală - aceștia ne ajută să ne înțelegem biologia mai bine, deblocând secrete pe care nu le cunoșteam despre măduva spinării.
Auke Ijspeert - Roboticist
Auke Ijspeert works at the intersection of robotics, biology and computational neuroscience. Full bio
Auke Ijspeert works at the intersection of robotics, biology and computational neuroscience. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
This is Pleurobot.
0
760
1840
Vi-l prezint pe Pleurobot.
00:15
Pleurobot is a robot that we designed
to closely mimic a salamander species
to closely mimic a salamander species
1
3400
3616
Pleurobot e un robot ce imită
cu precizie o specie de salamandre
cu precizie o specie de salamandre
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
7040
1400
numită Tritonul iberian.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
9240
2256
Pleurobot poate să meargă,
după cum puteți vedea,
după cum puteți vedea,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
11520
2040
iar mai târziu veți vedea
că poate să și înoate.
că poate să și înoate.
00:26
So you might ask,
why did we design this robot?
why did we design this robot?
5
14280
2191
Poate vă întrebați:
de ce am proiectat acest robot?
de ce am proiectat acest robot?
00:28
And in fact, this robot has been designed
as a scientific tool for neuroscience.
as a scientific tool for neuroscience.
6
16960
3762
A fost proiectat pentru a servi
ca instrument științific în neuroștiințe.
ca instrument științific în neuroștiințe.
00:33
Indeed, we designed it
together with neurobiologists
together with neurobiologists
7
21400
2496
Într-adevăr, l-am proiectat
împreună cu neurobiologi
împreună cu neurobiologi
00:35
to understand how animals move,
8
23920
1896
pentru a înțelege modul
în care animalele se mișcă
în care animalele se mișcă
00:37
and especially how the spinal cord
controls locomotion.
controls locomotion.
9
25840
2760
și mai ales modul în care
măduva spinării controlează locomoția.
măduva spinării controlează locomoția.
Pe măsură ce lucrez în biorobotică,
00:41
But the more I work in biorobotics,
10
29560
1696
00:43
the more I'm really impressed
by animal locomotion.
by animal locomotion.
11
31280
2381
sunt tot mai impresionat
de locomoția animalelor.
de locomoția animalelor.
00:45
If you think of a dolphin swimming
or a cat running or jumping around,
or a cat running or jumping around,
12
33920
4296
Dacă ne gândim la modul în care înoată
un delfin, cum aleargă sau sare o pisică,
un delfin, cum aleargă sau sare o pisică,
00:50
or even us as humans,
13
38240
1576
sau chiar la noi, oamenii,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
39840
1816
atunci când alergăm sau jucăm tenis,
00:53
we do amazing things.
15
41680
1240
înțelegem că sunt
niște lucruri extraordinare.
niște lucruri extraordinare.
00:55
And in fact, our nervous system solves
a very, very complex control problem.
a very, very complex control problem.
16
43880
4136
De fapt, sistemul nostru nervos rezolvă
o problemă de control extrem de complexă.
o problemă de control extrem de complexă.
01:00
It has to coordinate
more or less 200 muscles perfectly,
more or less 200 muscles perfectly,
17
48040
3096
Trebuie să coordoneze perfect
200 de mușchi,
200 de mușchi,
01:03
because if the coordination is bad,
we fall over or we do bad locomotion.
we fall over or we do bad locomotion.
18
51160
3680
iar dacă coordonarea e defectuoasă,
vom cădea sau nu ne vom mișca bine.
vom cădea sau nu ne vom mișca bine.
01:07
And my goal is to understand
how this works.
how this works.
19
55560
2720
Scopul meu este să înțeleg
cum funcționează această coordonare.
cum funcționează această coordonare.
01:11
There are four main components
behind animal locomotion.
behind animal locomotion.
20
59160
2840
Există patru componente principale
ce explică locomoția animalelor.
ce explică locomoția animalelor.
01:14
The first component is just the body,
21
62800
1936
Prima componentă este doar corpul;
01:16
and in fact we should never underestimate
22
64760
1976
și nu trebuie niciodată să subestimăm
01:18
to what extent the biomechanics
already simplify locomotion in animals.
already simplify locomotion in animals.
23
66760
3480
în ce măsură biomecanica
simplifică locomoția animalelor.
simplifică locomoția animalelor.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
70920
1456
Apoi urmează măduva spinării,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
72400
1976
iar în măduva spinării se află reflexele,
01:26
multiple reflexes that create
a sensorimotor coordination loop
a sensorimotor coordination loop
26
74400
3456
mai multe reflexe care creează
o coordinare senzorialo-motorie
o coordinare senzorialo-motorie
01:29
between neural activity in the spinal cord
and mechanical activity.
and mechanical activity.
27
77880
3480
între activitatea neuronală din măduva
spinării și activitatea mecanică.
spinării și activitatea mecanică.
01:34
A third component
are central pattern generators.
are central pattern generators.
28
82000
2976
O a treia componentă e sistemul
central de generare al mișcărilor.
central de generare al mișcărilor.
01:37
These are very interesting circuits
in the spinal cord of vertebrate animals
in the spinal cord of vertebrate animals
29
85000
3896
Sunt niște circuite foarte interesante
în măduva spinării la animalele vertebrate
în măduva spinării la animalele vertebrate
01:40
that can generate, by themselves,
30
88920
1616
care pot genera automat
01:42
very coordinated
rhythmic patterns of activity
rhythmic patterns of activity
31
90560
2736
activități ritmice foarte coordonate
01:45
while receiving
only very simple input signals.
only very simple input signals.
32
93320
2376
receptând doar niște semnale
de intrare foarte simple.
de intrare foarte simple.
01:47
And these input signals
33
95720
1216
Iar aceste semnale de intrare
01:48
coming from descending modulation
from higher parts of the brain,
from higher parts of the brain,
34
96960
3056
provin din modulații descendente
din părțile superioare ale creierului,
din părțile superioare ale creierului,
01:52
like the motor cortex,
the cerebellum, the basal ganglia,
the cerebellum, the basal ganglia,
35
100040
2696
cum ar fi cortexul motor,
cerebelul, ganglionii bazali,
cerebelul, ganglionii bazali,
01:54
will all modulate activity
of the spinal cord
of the spinal cord
36
102760
2136
ce vor modula activitatea măduvei spinării
01:56
while we do locomotion.
37
104920
1456
în timp ce facem o mișcare.
01:58
But what's interesting is to what extent
just a low-level component,
just a low-level component,
38
106400
3216
Ceea ce e interesant e măsura
în care această simplă componentă,
în care această simplă componentă,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
109640
1936
măduva spinării, împreună cu corpul,
02:03
already solve a big part
of the locomotion problem.
of the locomotion problem.
40
111600
2456
rezolvă o parte mare
din problema locomotorie.
din problema locomotorie.
02:06
You probably know it by the fact
that you can cut the head off a chicken,
that you can cut the head off a chicken,
41
114080
3422
Probabil știți asta și din exemplul
găinii cu capul tăiat
găinii cu capul tăiat
care va mai alerga o vreme,
02:09
it can still run for a while,
42
117532
1381
demonstrând că doar partea inferioară,
măduva spinării și corpul
măduva spinării și corpul
02:10
showing that just the lower part,
spinal cord and body,
spinal cord and body,
43
118937
2539
rezolvă o mare parte
din problema locomotorie.
din problema locomotorie.
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
121500
1873
02:15
Now, understanding how this works
is very complex,
is very complex,
45
123397
2459
E complicat să înțelegem cum funcționează
02:17
because first of all,
46
125880
1296
pentru că trebuie să analizăm activitatea
din măduvă, și aste e foarte dificil.
din măduvă, și aste e foarte dificil.
02:19
recording activity in the spinal cord
is very difficult.
is very difficult.
47
127200
2620
02:21
It's much easier to implant electrodes
in the motor cortex
in the motor cortex
48
129844
2772
E mult mai simplu să plasezi
electrozi în cortexul motor
electrozi în cortexul motor
02:24
than in the spinal cord,
because it's protected by the vertebrae.
because it's protected by the vertebrae.
49
132640
3056
decât în măduvă, deoarece e protejată
de coloana vertebrală.
de coloana vertebrală.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
135720
1816
Mai ales la oameni.
02:29
A second difficulty is that locomotion
is really due to a very complex
is really due to a very complex
51
137560
3776
O a doua dificultate e că locomoția
se datorează unei interacțiuni
se datorează unei interacțiuni
02:33
and very dynamic interaction
between these four components.
between these four components.
52
141360
3056
foarte complexe și dinamice
dintre aceste patru componente.
dintre aceste patru componente.
02:36
So it's very hard to find out
what's the role of each over time.
what's the role of each over time.
53
144440
3240
Deci e foarte greu de precizat
care e rolul fiecăruia.
care e rolul fiecăruia.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot
and mathematical models
and mathematical models
54
148880
3736
Aici robotul Pleurobot
și modelele matematice
și modelele matematice
02:44
can really help.
55
152640
1200
sunt cele care ne pot ajuta.
02:47
So what's biorobotics?
56
155480
1256
Deci ce e biorobotica?
02:48
Biorobotics is a very active field
of research in robotics
of research in robotics
57
156760
2736
Biorobotica e un câmp
de cercetare foarte activ în robotică
de cercetare foarte activ în robotică
02:51
where people want to
take inspiration from animals
take inspiration from animals
58
159520
2456
unde oamenii se inspiră de la animale
02:54
to make robots to go outdoors,
59
162000
2456
pentru a proiecta roboți pentru exterior,
02:56
like service robots
or search and rescue robots
or search and rescue robots
60
164480
2656
cum ar fi roboții care prestează servicii,
de căutare și salvare
de căutare și salvare
02:59
or field robots.
61
167160
1200
sau roboții de câmp.
03:00
And the big goal here
is to take inspiration from animals
is to take inspiration from animals
62
168880
2696
Scopul principal e să ne inspirăm
de la animale
de la animale
03:03
to make robots that can handle
complex terrain --
complex terrain --
63
171600
2336
pentru a crea roboți
pentru terenuri complexe:
pentru terenuri complexe:
03:05
stairs, mountains, forests,
64
173960
1616
scări, munți, păduri,
03:07
places where robots
still have difficulties
still have difficulties
65
175600
2016
locuri unde roboții
întâmpină încă dificultăți
întâmpină încă dificultăți
03:09
and where animals
can do a much better job.
can do a much better job.
66
177640
2056
și unde animalele se descurcă mai bine.
03:11
The robot can be a wonderful
scientific tool as well.
scientific tool as well.
67
179720
2496
Robotul poate fi un instrument
științific extraordinar.
științific extraordinar.
03:14
There are some very nice projects
where robots are used,
where robots are used,
68
182240
2620
Sunt câteva proiecte
în care se folosesc roboți,
în care se folosesc roboți,
03:16
like a scientific tool for neuroscience,
for biomechanics or for hydrodynamics.
for biomechanics or for hydrodynamics.
69
184884
3972
ca instrumente științifice
pentru neuroștiință, biomecanică
pentru neuroștiință, biomecanică
sau hidrodinamică.
03:20
And this is exactly
the purpose of Pleurobot.
the purpose of Pleurobot.
70
188880
2120
Exact aceasta e și scopul lui Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab
is to collaborate with neurobiologists
is to collaborate with neurobiologists
71
191600
2936
În laborator colaborăm cu neurobiologi,
unul dintre ei e Jean-Marie Cabelguen,
din Bordeaux, Franța,
din Bordeaux, Franța,
03:26
like Jean-Marie Cabelguen,
a neurobiologist in Bordeaux in France,
a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
194560
3216
pentru a crea modele de măduvă a spinării
pe care să le folosim pe roboți.
pe care să le folosim pe roboți.
03:29
and we want to make spinal cord models
and validate them on robots.
and validate them on robots.
73
197800
4040
03:34
And here we want to start simple.
74
202480
1616
Și am început cu ceva simplu.
03:36
So it's good to start with simple animals
75
204120
1976
E bine să începem cu animale simple
03:38
like lampreys, which are
very primitive fish,
very primitive fish,
76
206120
2256
cum e chișcarul de râu,
o specie foarte primitivă
o specie foarte primitivă
03:40
and then gradually
go toward more complex locomotion,
go toward more complex locomotion,
77
208400
2496
apoi treptat să trecem la sisteme
de locomoția mai complexe,
de locomoția mai complexe,
03:42
like in salamanders,
78
210920
1256
cum vedem la salamandre,
dar și la pisici și la oameni,
dar și la pisici și la oameni,
03:44
but also in cats and in humans,
79
212200
1496
03:45
in mammals.
80
213720
1200
adică la mamifere.
03:47
And here, a robot becomes
an interesting tool
an interesting tool
81
215880
2376
Astfel, robotul devine
un instrument interesant
un instrument interesant
03:50
to validate our models.
82
218280
1936
de validare a modelelor noastre.
03:52
And in fact, for me, Pleurobot
is a kind of dream becoming true.
is a kind of dream becoming true.
83
220240
3016
Pentru mine, Pleurobot
e ca un vis devenit realitate.
e ca un vis devenit realitate.
03:55
Like, more or less 20 years ago
I was already working on a computer
I was already working on a computer
84
223280
3256
Acum aproximativ 20 de ani,
lucram la calculator
lucram la calculator
03:58
making simulations of lamprey
and salamander locomotion
and salamander locomotion
85
226560
2656
făcând simulări ale locomoției
chișcarului de râu și salamandrei
chișcarului de râu și salamandrei
04:01
during my PhD.
86
229240
1536
în timpul doctoratului.
04:02
But I always knew that my simulations
were just approximations.
were just approximations.
87
230800
3376
Însă știam bine că simulările
erau doar aproximații.
erau doar aproximații.
04:06
Like, simulating the physics in water
or with mud or with complex ground,
or with mud or with complex ground,
88
234200
3976
Simularea mișcărilor în apă, în nămol,
sau terenuri complexe
sau terenuri complexe
04:10
it's very hard to simulate that
properly on a computer.
properly on a computer.
89
238200
2656
sunt foarte greu de realizat
pe calculator.
pe calculator.
04:12
Why not have a real robot
and real physics?
and real physics?
90
240880
2040
Dar de ce să nu avem un robot adevărat
și cu mișcări reale?
și cu mișcări reale?
04:15
So among all these animals,
one of my favorites is the salamander.
one of my favorites is the salamander.
91
243600
3136
Dintre toate animalele,
una dintre preferatele mele e salamandra.
una dintre preferatele mele e salamandra.
04:18
You might ask why,
and it's because as an amphibian,
and it's because as an amphibian,
92
246760
3456
Dacă vă întrebați de ce,
asta pentru că e un amfibian,
asta pentru că e un amfibian,
04:22
it's a really key animal
from an evolutionary point of view.
from an evolutionary point of view.
93
250240
2856
este un animal esențial
din punct de vedere al evoluției.
din punct de vedere al evoluției.
04:25
It makes a wonderful link
between swimming,
between swimming,
94
253120
2056
Creează o conexiune
extraordinară între înot,
extraordinară între înot,
04:27
as you find it in eels or fish,
95
255200
1896
după cum vedem la țipari sau la pești,
04:29
and quadruped locomotion,
as you see in mammals, in cats and humans.
as you see in mammals, in cats and humans.
96
257120
4120
și locomoția patrupedă pe care o vedem
la mamifere, la pisici și la oameni.
la mamifere, la pisici și la oameni.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
262160
1656
Într-adevăr, salamandra modernă
04:35
is very close to the first
terrestrial vertebrate,
terrestrial vertebrate,
98
263840
2376
e foarte asemănătoare
primelor vertebrate terestre,
primelor vertebrate terestre,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
266240
1536
deci, e de-a dreptul o fosilă vie
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
267800
1936
ce ne permite accesul
la predecesorii noștri,
la predecesorii noștri,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
269760
2920
predecesorul tuturor
patrupedelor terestre.
patrupedelor terestre.
04:45
So the salamander swims
102
273240
1376
Deci, salamandra înoată
04:46
by doing what's called
an anguilliform swimming gait,
an anguilliform swimming gait,
103
274640
2496
și face asta prin ceea ce numim noi
înot specific anghilelor,
înot specific anghilelor,
04:49
so they propagate a nice traveling wave
of muscle activity from head to tail.
of muscle activity from head to tail.
104
277160
3640
ce propagă o mișcare unduitoare
a mușchilor de la cap spre coadă.
a mușchilor de la cap spre coadă.
04:53
And if you place
the salamander on the ground,
the salamander on the ground,
105
281440
2176
Și dacă punem salamandra jos pe pământ,
04:55
it switches to what's called
a walking trot gait.
a walking trot gait.
106
283640
2336
va avea un mers agale.
04:58
In this case, you have nice
periodic activation of the limbs
periodic activation of the limbs
107
286000
2863
În acest caz vorbim de o activare
periodică a picioarelor
periodică a picioarelor
05:00
which are very nicely coordinated
108
288887
1609
foarte frumos coordonată
05:02
with this standing wave
undulation of the body,
undulation of the body,
109
290520
2656
într-o ondulație permanentă a corpului.
05:05
and that's exactly the gait
that you are seeing here on Pleurobot.
that you are seeing here on Pleurobot.
110
293200
3656
și exact aceasta este mersul
pe care-l vedeți acum la Pleurobot.
pe care-l vedeți acum la Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising
and fascinating in fact
and fascinating in fact
111
296880
2976
Un lucru care este cu adevărat
surprinzător și fascinant,
surprinzător și fascinant,
05:11
is the fact that all this can be generated
just by the spinal cord and the body.
just by the spinal cord and the body.
112
299880
4136
e că toate acestea pot fi generate
doar de măduva spinării și corp.
doar de măduva spinării și corp.
05:16
So if you take
a decerebrated salamander --
a decerebrated salamander --
113
304040
2000
Astfel, dacă luați
o salamandră decapitată —
o salamandră decapitată —
05:18
it's not so nice
but you remove the head --
but you remove the head --
114
306064
2016
nu e un lucru drăguț
dar dacă îi tăiați capul —
dar dacă îi tăiați capul —
05:20
and if you electrically
stimulate the spinal cord,
stimulate the spinal cord,
115
308104
2672
și îi stimulați electric măduva spinării,
05:22
at low level of stimulation
this will induce a walking-like gait.
this will induce a walking-like gait.
116
310800
3256
la o stimulare ușoară,
aceasta va merge agale,
aceasta va merge agale,
05:26
If you stimulate a bit more,
the gait accelerates.
the gait accelerates.
117
314080
2456
iar dacă stimulați un pic mai tare,
mersul se va accelera.
mersul se va accelera.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
316560
1896
La un moment dat, se află un prag,
05:30
and automatically,
the animal switches to swimming.
the animal switches to swimming.
119
318480
2536
și în mod automat animalul
va începe să înoate.
va începe să înoate.
05:33
This is amazing.
120
321040
1376
Este extraordinar.
05:34
Just changing the global drive,
121
322440
1496
Doar schimbând modul de stimulare,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
323960
1736
ca și cum ai apăsa
pe o pedală de accelerație,
pe o pedală de accelerație,
05:37
of descending modulation
to your spinal cord,
to your spinal cord,
123
325720
2136
provoacă o modulație
descendentă pe măduva spinării,
descendentă pe măduva spinării,
05:39
makes a complete switch
between two very different gaits.
between two very different gaits.
124
327880
3000
făcând ca salamandra să își schimbe
modul de deplasare în mod radical.
modul de deplasare în mod radical.
05:44
And in fact, the same
has been observed in cats.
has been observed in cats.
125
332440
2576
De fapt, același lucru
s-a observat și la feline.
s-a observat și la feline.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
335040
2016
Dacă stimulezi măduva spinării
unei feline,
unei feline,
05:49
you can switch between
walk, trot and gallop.
walk, trot and gallop.
127
337080
2216
va face trecerea între mers,
alergare și galop.
alergare și galop.
05:51
Or in birds, you can make a bird
switch between walking,
switch between walking,
128
339320
2736
Și la păsări. Poți face ca o pasăre
să schimbe între mers,
să schimbe între mers,
05:54
at a low level of stimulation,
129
342080
1456
la un nivel slab de stimulare,
05:55
and flapping its wings
at high-level stimulation.
at high-level stimulation.
130
343560
2816
sau să dea din aripi
la o stimulare mai puternică.
la o stimulare mai puternică.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
346400
2016
Și aceasta dovedește că măduva spinării
06:00
is a very sophisticated
locomotion controller.
locomotion controller.
132
348440
2416
e un coordonator al locomoției
foarte sofisticat.
foarte sofisticat.
06:02
So we studied salamander locomotion
in more detail,
in more detail,
133
350880
2456
Deci, am studiat locomoția
salamandrei în detalii,
salamandrei în detalii,
06:05
and we had in fact access
to a very nice X-ray video machine
to a very nice X-ray video machine
134
353360
3096
având acces la un aparat
de radiografii foarte performant
de radiografii foarte performant
06:08
from Professor Martin Fischer
in Jena University in Germany.
in Jena University in Germany.
135
356480
3576
al profesorului Martin Fischer
de la Jena University din Germania.
de la Jena University din Germania.
06:12
And thanks to that,
you really have an amazing machine
you really have an amazing machine
136
360080
2576
Și datorită lui am avut
un dispozitiv extraordinar
un dispozitiv extraordinar
06:14
to record all the bone motion
in great detail.
in great detail.
137
362680
2456
cu care am înregistrat mișcările
oaselor în mare detaliu.
oaselor în mare detaliu.
06:17
That's what we did.
138
365160
1256
Exact asta am și făcut.
06:18
So we basically figured out
which bones are important for us
which bones are important for us
139
366440
3176
Am încercat să ne dăm seama
ce oase sunt importante pentru noi
ce oase sunt importante pentru noi
06:21
and collected their motion in 3D.
140
369640
3016
și am analizat mișcarea lor în format 3D.
06:24
And what we did is collect
a whole database of motions,
a whole database of motions,
141
372680
2696
Am făcut o adevărată
bază de date cu mișcări
bază de date cu mișcări
06:27
both on ground and in water,
142
375400
1656
atât pe uscat, cât și în apă,
06:29
to really collect a whole database
of motor behaviors
of motor behaviors
143
377080
2484
pentru a avea o bază de date
cu modul de mișcare
cu modul de mișcare
06:31
that a real animal can do.
144
379589
1244
al unui animal real.
06:32
And then our job as roboticists
was to replicate that in our robot.
was to replicate that in our robot.
145
380858
3150
Munca noastră a fost să replicăm
aceste mișcări pentru roboții noștri.
aceste mișcări pentru roboții noștri.
06:36
So we did a whole optimization process
to find out the right structure,
to find out the right structure,
146
384033
3383
Am depus o muncă titanică
pentru a găsi structura potrivită,
pentru a găsi structura potrivită,
06:39
where to place the motors,
how to connect them together,
how to connect them together,
147
387440
2656
unde să plasăm motoarele,
cum anume să le conectăm,
cum anume să le conectăm,
06:42
to be able to replay
these motions as well as possible.
these motions as well as possible.
148
390120
2880
pentru a putea imita acele mișcări
pe cât de bine posibil.
pe cât de bine posibil.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
393680
2360
Și așa a luat viață Pleurobot.
06:49
So let's look at how close
it is to the real animal.
it is to the real animal.
150
397200
2416
Să analizăm acum cât de bine imită
animalul real.
animalul real.
06:52
So what you see here
is almost a direct comparison
is almost a direct comparison
151
400960
2496
Ceea ce vedeți aici e aproape
o comparație directă
o comparație directă
06:55
between the walking
of the real animal and the Pleurobot.
of the real animal and the Pleurobot.
152
403480
2696
între mersul animalului real
și mersul lui Pluerobot.
și mersul lui Pluerobot.
06:58
You can see that we have
almost a one-to-one exact replay
almost a one-to-one exact replay
153
406200
2736
Puteți observa că am obținut
aproape același mers cu al salamandrei.
aproape același mers cu al salamandrei.
07:00
of the walking gait.
154
408960
1256
07:02
If you go backwards and slowly,
you see it even better.
you see it even better.
155
410240
2600
Dacă redăm cu încetinitorul
se poate vedea și mai bine.
se poate vedea și mai bine.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
415520
2376
Dar și mai bine decât atât,
am imitat înotul.
am imitat înotul.
07:09
So for that we have a dry suit
that we put all over the robot --
that we put all over the robot --
157
417920
3016
Pentru asta am îmbrăcat
robotul cu un costumul de baie...
robotul cu un costumul de baie...
07:12
(Laughter)
158
420960
1096
(Râsete)
07:14
and then we can go in water
and start replaying the swimming gaits.
and start replaying the swimming gaits.
159
422080
3176
apoi intrăm în apă pentru a înota.
07:17
And here, we were very happy,
because this is difficult to do.
because this is difficult to do.
160
425280
3336
Suntem foarte fericiți pentru că acesta
e un lucru foarte dificil de realizat.
e un lucru foarte dificil de realizat.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
428640
2216
Fizica interacțiunilor e complexă.
07:22
Our robot is much bigger
than a small animal,
than a small animal,
162
430880
2416
Robotul e mult mai mare decât un animal,
07:25
so we had to do what's called
dynamic scaling of the frequencies
dynamic scaling of the frequencies
163
433320
3056
astfel că a trebuit să facem
scalarea dinamică a frecvențelor
scalarea dinamică a frecvențelor
07:28
to make sure we had
the same interaction physics.
the same interaction physics.
164
436400
2336
pentru a ne asigura că avem
aceeași interacțiune.
aceeași interacțiune.
07:30
But you see at the end,
we have a very close match,
we have a very close match,
165
438760
2416
Și se poate vedea că imită destul de bine
07:33
and we were very, very happy with this.
166
441200
1880
și suntem foarte, foarte mândri de asta.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
443480
2216
Deci, să revenim la măduva spinării.
07:37
So here what we did
with Jean-Marie Cabelguen
with Jean-Marie Cabelguen
168
445720
2296
Împreună cu Jean-Marie Cabelguen
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
448040
2240
am modelat circuitele din măduva spinării.
07:43
And what's interesting
is that the salamander
is that the salamander
170
451040
2136
E interesant faptul că salamandra
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
453200
1620
a păstrat un circuit foarte primitiv,
07:46
which is very similar
to the one we find in the lamprey,
to the one we find in the lamprey,
172
454844
2652
care e foarte asemănător
cu ceea ce găsim la chișcar,
cu ceea ce găsim la chișcar,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
457520
1976
acest pește primitiv
asemănător cu un țipar,
asemănător cu un țipar,
07:51
and it looks like during evolution,
174
459520
1736
și se pare că în timpul evoluției,
07:53
new neural oscillators
have been added to control the limbs,
have been added to control the limbs,
175
461280
2936
noi oscilatoare neuronale s-au adăugat
pentru a controla mișcarea picioarelor.
pentru a controla mișcarea picioarelor.
07:56
to do the leg locomotion.
176
464240
1416
Știm bine unde se află
aceste oscilatoare neuronale,
aceste oscilatoare neuronale,
07:57
And we know where
these neural oscillators are
these neural oscillators are
177
465680
2176
07:59
but what we did was to make
a mathematical model
a mathematical model
178
467880
2256
însă am făcut un model matematic
08:02
to see how they should be coupled
179
470160
1616
pentru a vedea cum trebuie cuplate
08:03
to allow this transition
between the two very different gaits.
between the two very different gaits.
180
471800
2936
pentru a permite tranziția
între cele două tipuri de mers.
între cele două tipuri de mers.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
474760
2560
Și le-am testat pe robot.
08:09
And this is how it looks.
182
477680
1200
Și uite cum arată.
08:18
So what you see here
is a previous version of Pleurobot
is a previous version of Pleurobot
183
486920
3016
Ceea ce vedeți e versiunea
anterioară a lui Pleurobot
anterioară a lui Pleurobot
08:21
that's completely controlled
by our spinal cord model
by our spinal cord model
184
489960
3096
care e controlat în totalitate
de modelul nostru de măduvă a spinării
de modelul nostru de măduvă a spinării
08:25
programmed on board of the robot.
185
493080
1600
programat pe robot.
08:27
And the only thing we do
186
495280
1216
Și singurul lucru pe care-l facem
08:28
is send to the robot
through a remote control
through a remote control
187
496520
2176
e să transmitem robotulul
cu ajutorul unei telecomande
cu ajutorul unei telecomande
08:30
the two descending signals
it normally should receive
it normally should receive
188
498720
2496
cele două semnale pe care ar trebui
în mod normal să le primească
în mod normal să le primească
08:33
from the upper part of the brain.
189
501240
1600
din partea superioară a creierului.
08:35
And what's interesting is,
by playing with these signals,
by playing with these signals,
190
503480
2696
Dacă ne jucăm cu aceste semnale
putem controla viteza, direcția
de deplasare și tipul de mers.
de deplasare și tipul de mers.
08:38
we can completely control
speed, heading and type of gait.
speed, heading and type of gait.
191
506200
2800
08:41
For instance,
192
509600
1216
De exemplu,
08:42
when we stimulate at a low level,
we have the walking gait,
we have the walking gait,
193
510840
3576
dacă stimulăm puțin,
obținem mersul normal,
obținem mersul normal,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
514440
1976
și la un moment dat,
dacă stimulăm mai mult,
dacă stimulăm mai mult,
08:48
very rapidly it switches
to the swimming gait.
to the swimming gait.
195
516440
2160
mersul se va schimba rapid în înot.
08:51
And finally, we can also
do turning very nicely
do turning very nicely
196
519480
2216
În final, putem de asemenea
să schimbăm direcția
să schimbăm direcția
08:53
by just stimulating more one side
of the spinal cord than the other.
of the spinal cord than the other.
197
521720
3520
prin stimularea unei părți a măduvei
mai mult decât cealaltă.
mai mult decât cealaltă.
08:58
And I think it's really beautiful
198
526200
1616
Și consider că acesta e un lucru grozav.
08:59
how nature has distributed control
199
527840
2256
Faptul că natura a distribuit controlul
09:02
to really give a lot of responsibility
to the spinal cord
to the spinal cord
200
530120
2856
și a dat întreaga responsabilitate
măduvei spinării
măduvei spinării
09:05
so that the upper part of the brain
doesn't need to worry about every muscle.
doesn't need to worry about every muscle.
201
533000
3656
astfel încât creierului
să nu controleze fiecare mușchi.
să nu controleze fiecare mușchi.
09:08
It just has to worry
about this high-level modulation,
about this high-level modulation,
202
536680
2536
Trebuie doar să se ocupe
de modulația de nivel înalt,
de modulația de nivel înalt,
09:11
and it's really the job of the spinal cord
to coordinate all the muscles.
to coordinate all the muscles.
203
539240
3576
iar măduva spinării
e cea care va coordona toți mușchii.
e cea care va coordona toți mușchii.
09:14
So now let's go to cat locomotion
and the importance of biomechanics.
and the importance of biomechanics.
204
542840
3520
Acum să ne întoarcem la locomoția
felinelor și la importanța biomecanicii.
felinelor și la importanța biomecanicii.
09:19
So this is another project
205
547080
1256
Acesta e un alt proiect
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
548360
2416
în care am studiat biomecanica felinelor
09:22
and we wanted to see how much
the morphology helps locomotion.
the morphology helps locomotion.
207
550800
3896
și am vrut să vedem în ce măsură
morfologia ajută locomoția.
morfologia ajută locomoția.
09:26
And we found three important
criteria in the properties,
criteria in the properties,
208
554720
3616
Am descoperit trei criterii
importante ale membrelor.
importante ale membrelor.
09:30
basically, of the limbs.
209
558360
1320
09:32
The first one is that a cat limb
210
560320
1976
Primul criteriu e că membrele unei feline
09:34
more or less looks
like a pantograph-like structure.
like a pantograph-like structure.
211
562320
2696
arată asemănător cu o structură
de tip pantograf.
de tip pantograf.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
565040
2216
Pantograful este o structură mecanică
09:39
which keeps the upper segment
and the lower segments always parallel.
and the lower segments always parallel.
213
567280
3400
care ține segmentul superior și segmentele
inferioare întotdeauna paralele.
inferioare întotdeauna paralele.
09:43
So a simple geometrical system
that kind of coordinates a bit
that kind of coordinates a bit
214
571600
3096
Un sistem geometric simplu ce coordonează
09:46
the internal movement of the segments.
215
574720
1816
mișcarea internă a segmentelor.
09:48
A second property of cat limbs
is that they are very lightweight.
is that they are very lightweight.
216
576560
3056
A doua proprietatea a membrelor felinelor
e că sunt extrem de ușoare.
e că sunt extrem de ușoare.
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
579640
1856
Majoritatea mușchilor se află în trunchi
09:53
which is a good idea,
because then the limbs have low inertia
because then the limbs have low inertia
218
581520
2896
ceea ce e ideal,
deoarece membrele au inerție mică
deoarece membrele au inerție mică
09:56
and can be moved very rapidly.
219
584440
1776
și pot fi mișcate cu rapiditate.
09:58
The last final important property is this
very elastic behavior of the cat limb,
very elastic behavior of the cat limb,
220
586240
3816
Ultima caracteristică foarte importantă
e caracterul extrem de elastic
e caracterul extrem de elastic
10:02
so to handle impacts and forces.
221
590080
2656
pentru a face față impactului și forței.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
592760
2336
Astfel am proiectat „Puiul de ghepard”.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
595120
2200
Haideți să invităm „Puiul de ghepard”
pe scenă.
pe scenă.
10:14
So this is Peter Eckert,
who does his PhD on this robot,
who does his PhD on this robot,
224
602160
3656
El e Peter Eckert, și el își face
doctoratul pe tema acestui robot.
doctoratul pe tema acestui robot.
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
605840
2056
După cum vedeți, e un robot mic și drăguț.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
607920
1256
Arată ca o jucărie,
10:21
but it was really used
as a scientific tool
as a scientific tool
227
609200
2056
însă a fost folosit
ca instrument științific
ca instrument științific
10:23
to investigate these properties
of the legs of the cat.
of the legs of the cat.
228
611280
3296
pentru a cerceta caracteristicile
picioarelor felinelor.
picioarelor felinelor.
10:26
So you see, it's very compliant,
very lightweight,
very lightweight,
229
614600
2616
Vedeți, e foarte maleabil, foarte ușor,
10:29
and also very elastic,
230
617240
1256
de asemenea, și foarte elastic.
10:30
so you can easily press it down
and it will not break.
and it will not break.
231
618520
2776
Poate fi apăsat cu ușurință
și nu se va rupe.
și nu se va rupe.
10:33
It will just jump, in fact.
232
621320
1456
De fapt, va sări.
10:34
And this very elastic property
is also very important.
is also very important.
233
622800
2880
Această caracteristică a elasticității
este foarte importantă.
este foarte importantă.
10:39
And you also see a bit these properties
234
627160
1896
Puteți vedea aceste caracteristici
10:41
of these three segments
of the leg as pantograph.
of the leg as pantograph.
235
629080
2400
ale acestor trei segmente
ale picioarelor de tip pantograf.
ale picioarelor de tip pantograf.
10:44
Now, what's interesting
is that this quite dynamic gait
is that this quite dynamic gait
236
632280
2776
E foarte interesant faptul că
acest mers destul de dinamic
acest mers destul de dinamic
10:47
is obtained purely in open loop,
237
635080
1896
e obținut printr-un circuit deschis,
10:49
meaning no sensors,
no complex feedback loops.
no complex feedback loops.
238
637000
3136
adică fără senzori,
fără circuite de feed-back.
fără circuite de feed-back.
10:52
And that's interesting, because it means
239
640160
2416
Acest lucru e interesant
pentru că înseamnă că doar mecanica
pentru că înseamnă că doar mecanica
10:54
that just the mechanics
already stabilized this quite rapid gait,
already stabilized this quite rapid gait,
240
642600
4016
a stabilizat acest mers rapid
10:58
and that really good mechanics
already basically simplify locomotion.
already basically simplify locomotion.
241
646640
4176
și că mecanica cu adevărat bună
simplifică esențialmente locomoția.
simplifică esențialmente locomoția.
11:02
To the extent that we can even
disturb a bit locomotion,
disturb a bit locomotion,
242
650840
3296
Putem chiar să deranjăm puțin locomoția,
11:06
as you will see in the next video,
243
654160
1656
după cum veți vedea în clipul următor,
11:07
where we can for instance do some exercise
where we have the robot go down a step,
where we have the robot go down a step,
244
655840
3896
unde punem robotul să facă un exercițiu,
de exemplu să coboare o treaptă,
de exemplu să coboare o treaptă,
11:11
and the robot will not fall over,
245
659760
1616
și robotul nu va cădea,
ceea ce a fost o surpriză pentru noi.
11:13
which was a surprise for us.
246
661400
1576
11:15
This is a small perturbation.
247
663000
1416
Este o ușoară perturbare.
11:16
I was expecting the robot
to immediately fall over,
to immediately fall over,
248
664440
2416
Mă așteptam ca robotul
să se împiedice imediat,
să se împiedice imediat,
pentru că nu are senzori
sau circuite de feedback.
sau circuite de feedback.
11:18
because there are no sensors,
no fast feedback loop.
no fast feedback loop.
249
666880
2436
11:21
But no, just the mechanics
stabilized the gait,
stabilized the gait,
250
669340
2196
Însă nu, mecanica în sine
a stabilizat mersul,
a stabilizat mersul,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
671560
1576
iar robotul nu a căzut.
11:25
Obviously, if you make the step bigger,
and if you have obstacles,
and if you have obstacles,
252
673160
3136
Evident, dacă treptele sunt mai mari,
și dacă dai de obstacole,
și dacă dai de obstacole,
11:28
you need the full control loops
and reflexes and everything.
and reflexes and everything.
253
676320
3656
vei avea nevoie de un întreg sistem
de control și de reflexe.
de control și de reflexe.
11:32
But what's important here
is that just for small perturbation,
is that just for small perturbation,
254
680000
2936
Ceea ce e important e că
doar pentru o mică perturbare,
doar pentru o mică perturbare,
11:34
the mechanics are right.
255
682960
1496
mecanica funcționează perfect.
11:36
And I think this is
a very important message
a very important message
256
684480
2096
Cred că aceasta e un mesaj
foarte important
foarte important
11:38
from biomechanics and robotics
to neuroscience,
to neuroscience,
257
686600
2191
din partea biomecanicii și a roboticii
către neuroștiințe,
către neuroștiințe,
11:40
saying don't underestimate to what extent
the body already helps locomotion.
the body already helps locomotion.
258
688815
4680
care ne spune să nu subestimăm gradul
în care corpul deja ajută locomoția.
în care corpul deja ajută locomoția.
11:47
Now, how does this relate
to human locomotion?
to human locomotion?
259
695440
2160
Cum se aseamănă toate acestea
de locomoția umană?
de locomoția umană?
11:49
Clearly, human locomotion is more complex
than cat and salamander locomotion,
than cat and salamander locomotion,
260
697960
3640
Evident, locomoția umană e mai complexă
decât locomoția pisicii sau a salamandrei,
decât locomoția pisicii sau a salamandrei,
11:54
but at the same time, the nervous system
of humans is very similar
of humans is very similar
261
702360
3136
însă sistemul nervos al oamenilor
este foarte asemănător
este foarte asemănător
11:57
to that of other vertebrates.
262
705520
1576
cu cel al altor vertebrate.
11:59
And especially the spinal cord
263
707120
1456
În special măduva spinării
12:00
is also the key controller
for locomotion in humans.
for locomotion in humans.
264
708600
2640
e regulatorul principal
și pentru locomoția umană.
și pentru locomoția umană.
12:03
That's why, if there's a lesion
of the spinal cord,
of the spinal cord,
265
711760
2416
Din acest motiv, dacă există o leziune
pe măduva spinării,
pe măduva spinării,
12:06
this has dramatic effects.
266
714200
1496
aceasta are efecte dramatice.
12:07
The person can become
paraplegic or tetraplegic.
paraplegic or tetraplegic.
267
715720
2776
Persoana poate deveni
paraplegică sau tetraplegică.
paraplegică sau tetraplegică.
12:10
This is because the brain
loses this communication
loses this communication
268
718520
2376
Aceasta pentru că creierul
pierde comunicarea
pierde comunicarea
12:12
with the spinal cord.
269
720920
1256
cu măduva spinării.
12:14
Especially, it loses
this descending modulation
this descending modulation
270
722200
2216
În special acea modulație descendentă
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
724440
1920
ce inițiază și modulează locomoția.
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
727640
1696
Un mare țel al neuroprotezelor
12:21
is to be able to reactivate
that communication
that communication
273
729360
2376
e acela de a fi capabile să reactiveze
această comunicare
această comunicare
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
731760
2440
folosind stimulări electrice sau chimice.
12:26
And there are several teams
in the world that do exactly that,
in the world that do exactly that,
275
734840
2936
Sunt mai multe echipe în lume
care fac exact acest lucru,
care fac exact acest lucru,
12:29
especially at EPFL.
276
737800
1216
în special la EPFL.
12:31
My colleagues Grégoire Courtine
and Silvestro Micera,
and Silvestro Micera,
277
739040
2496
Colegii mei, Grégoire Courtine
și Silvestro Micera,
și Silvestro Micera,
12:33
with whom I collaborate.
278
741560
1240
cu care colaborez.
12:35
But to do this properly,
it's very important to understand
it's very important to understand
279
743960
3096
Dar pentru a face asta corect
e foarte important să înțelegem
e foarte important să înțelegem
12:39
how the spinal cord works,
280
747080
1736
cum funcționează măduva spinării,
12:40
how it interacts with the body,
281
748840
1696
cum interacționează cu corpul,
12:42
and how the brain
communicates with the spinal cord.
communicates with the spinal cord.
282
750560
2480
și cum comunică creierul
cu măduva spinării.
cu măduva spinării.
12:45
This is where the robots
and models that I've presented today
and models that I've presented today
283
753800
2896
Și aici roboții și modelele
pe care vi le-am prezentat astăzi
pe care vi le-am prezentat astăzi
12:48
will hopefully play a key role
284
756720
1896
vor juca sper un rol cheie
12:50
towards these very important goals.
285
758640
2656
în atingerea acestor țeluri
foarte importante.
foarte importante.
12:53
Thank you.
286
761320
1216
Mulțumesc.
12:54
(Applause)
287
762560
4560
(Aplauze)
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen
in your lab other robots
in your lab other robots
288
772100
2636
Bruno Giussani: Auke, am văzut
în laboratorul tău și alți roboți
în laboratorul tău și alți roboți
13:06
that do things like swim in pollution
289
774760
2456
care înotă în ape poluate
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
777240
2456
și măsoară gradul de poluare
în timp ce înoată.
în timp ce înoată.
13:11
But for this one,
291
779720
1216
Dar pentru aceasta,
13:12
you mentioned in your talk,
like a side project,
like a side project,
292
780960
3480
ai menționat în discursul tău,
ca e un proiect secundar
ca e un proiect secundar
13:17
search and rescue,
293
785640
1216
pentru căutare și salvare,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
786880
2176
și are o cameră video montată pe nas.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
789080
2496
Auke Ijspeert: Absolut. Acest robot --
13:23
We have some spin-off projects
296
791600
1429
Avem câteva proiecte secundare
13:25
where we would like to use the robots
to do search and rescue inspection,
to do search and rescue inspection,
297
793053
3443
în care am dori să folosim roboți
pentru acțiuni de căutare și salvare,
pentru acțiuni de căutare și salvare,
13:28
so this robot is now seeing you.
298
796520
1576
iar acest robot te poate vedea acum.
13:30
And the big dream is to,
if you have a difficult situation
if you have a difficult situation
299
798120
3176
Și visul cel mare este ca în cazul
unei situație dificile
unei situație dificile
13:33
like a collapsed building
or a building that is flooded,
or a building that is flooded,
300
801320
3616
cum ar fi prăbușirea unei clădiri
sau o clădire inundată,
sau o clădire inundată,
13:36
and this is very dangerous
for a rescue team or even rescue dogs,
for a rescue team or even rescue dogs,
301
804960
3336
și e prea periculos să intre echipa
de salvare sau chiar și câinii,
de salvare sau chiar și câinii,
13:40
why not send in a robot
that can crawl around, swim, walk,
that can crawl around, swim, walk,
302
808320
2896
de ce să nu trimitem un robot
care se poate târî, înota sau merge,
care se poate târî, înota sau merge,
13:43
with a camera onboard
to do inspection and identify survivors
to do inspection and identify survivors
303
811240
3176
cu o cameră video pentru a inspecta
terenul și a identifica supraviețuitorii
terenul și a identifica supraviețuitorii
13:46
and possibly create
a communication link with the survivor.
a communication link with the survivor.
304
814440
2776
și, poate, de a comunica
cu supraviețuitorii.
cu supraviețuitorii.
BG: Desigur, dacă supraviețuitorii
nu se vor speria de forma robotului.
nu se vor speria de forma robotului.
13:49
BG: Of course, assuming the survivors
don't get scared by the shape of this.
don't get scared by the shape of this.
305
817240
3576
13:52
AI: Yeah, we should probably
change the appearance quite a bit,
change the appearance quite a bit,
306
820840
3296
Al: Da, probabil că ar trebui să-i
schimbăm înfățișarea puțin,
schimbăm înfățișarea puțin,
13:56
because here I guess a survivor
might die of a heart attack
might die of a heart attack
307
824160
2816
pentru că presupun că supraviețuitorii
ar putea face atac de cord
ar putea face atac de cord
13:59
just of being worried
that this would feed on you.
that this would feed on you.
308
827000
2536
dacă sunt speriați de un robot
ce pare că îți caută de mâncare.
ce pare că îți caută de mâncare.
14:01
But by changing the appearance
and it making it more robust,
and it making it more robust,
309
829560
2856
Însă dacă îi schimbăm înfățișarea
sunt sigur că poate fi
un instrument foarte util.
un instrument foarte util.
14:04
I'm sure we can make
a good tool out of it.
a good tool out of it.
310
832440
2056
14:06
BG: Thank you very much.
Thank you and your team.
Thank you and your team.
311
834520
2286
BG: Vă mulțumesc foarte mult.
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