Auke Ijspeert: A robot that runs and swims like a salamander
Auke Ijspeert: Robot có thể chạy và bơi như kì nhông
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
được thiết kế để mô phỏng loài kì nhông
bạn sẽ thấy ngay sau đây.
why did we design this robot?
tại sao lại tạo ra con robot này ?
as a scientific tool for neuroscience.
khoa học của khoa thần kinh học
together with neurobiologists
cùng chúng tôi tạo ra nó
controls locomotion.
kiểm soát sự vận động của cơ thể
by animal locomotion.
về sự vận động của động vật.
or a cat running or jumping around,
hay một con mèo đang chạy nhảy
a very, very complex control problem.
một vấn đề điều khiển cực kì phức tạp
more or less 200 muscles perfectly,
trên dưới 200 cơ,
ta sẽ mất thăng bằng và khó vận động được
we fall over or we do bad locomotion.
nó diễn ra như thế nào
how this works.
behind animal locomotion.
cấu thành sự vận động của động vật
làm đơn giản hóa sự vận động của động vật
already simplify locomotion in animals.
vòng lặp phối hợp vận động cảm giác
a sensorimotor coordination loop
và cử động cơ học
and mechanical activity.
are central pattern generators.
các trung tâm tạo mẫu
trong cột sống của động vật có xương sống
in the spinal cord of vertebrate animals
theo nhịp (phách)
rhythmic patterns of activity
tín hiệu đầu vào rất đơn giản
only very simple input signals.
từ những phần cao hơn của bộ não,
from higher parts of the brain,
tiểu não, hạch nền,
the cerebellum, the basal ganglia,
sự cử động của cột sống
of the spinal cord
chỉ một bộ phận thấp hơn
just a low-level component,
vấn đề vận động.
of the locomotion problem.
khi bạn chặt đầu một con gà,
that you can cut the head off a chicken,
như cột sống và cơ thể
spinal cord and body,
vấn đề vận động
is very complex,
nó diễn ra như thế nào
các cử động trong cột sống
is very difficult.
in the motor cortex
sẽ dễ dàng hơn
bởi vì nó được bảo vệ bởi đốt sống
because it's protected by the vertebrae.
is really due to a very complex
do tính chất phức tạp của nó
giữa 4 bộ phận này
between these four components.
vai trò của mỗi bộ phận này
what's the role of each over time.
and mathematical models
Pleurobot và các mô hình toán học
trong nghiên cứu robot
of research in robotics
lấy cảm hứng từ các loại động vật
take inspiration from animals
có thể đi lại ngoài trời
những robot tìm kiếm và cứu hộ
or search and rescue robots
is to take inspiration from animals
lấy cảm hứng từ những con vật
có thể xử lí địa hình phức tạp
complex terrain --
still have difficulties
có thể làm tốt hơn.
can do a much better job.
công cụ khoa học tuyệt vời
scientific tool as well.
một vài dự án
where robots are used,
for biomechanics or for hydrodynamics.
the purpose of Pleurobot.
sự ra đời pleurobot.
is to collaborate with neurobiologists
a neurobiologist in Bordeaux in France,
nhà thần kinh học ở Bordeaux, Pháp,
những mẫu cột sống
and validate them on robots.
ở các động vật đơn giản
very primitive fish,
một loài cá rất thô sơ
go toward more complex locomotion,
phức tạp hơn
an interesting tool
một công cụ thú vị
mô hình của chúng tôi.
is a kind of dream becoming true.
trở thành sự thật .
lúc tôi đang làm việc trên máy tính,
I was already working on a computer
của cá chình và kì nhông.
and salamander locomotion
những mô phỏng của tôi chỉ xấp xỉ gần đúng
were just approximations.
hoặc với bùn đất, địa hình phức tạp,
or with mud or with complex ground,
chính xác trên máy tính
properly on a computer.
hay vật lý thật ?
and real physics?
của tôi trong các loài kể trên
one of my favorites is the salamander.
Bởi vì nó là một loài động vật lưỡng cư,
and it's because as an amphibian,
nó thật sự là một loài chủ chốt.
from an evolutionary point of view.
giữa bơi lội
between swimming,
as you see in mammals, in cats and humans.
ở các loài có vú như mèo và con người.
terrestrial vertebrate,
trên cạn đầu tiên
hóa thạch sống
chúng ta
động vật bốn chân trên mặt đất.
an anguilliform swimming gait,
of muscle activity from head to tail.
the salamander on the ground,
trên mặt đất,
a walking trot gait.
theo chu kì của các chi
periodic activation of the limbs
undulation of the body,
bạn đang thấy ở Pleurobot.
that you are seeing here on Pleurobot.
và hấp dẫn chính là
and fascinating in fact
just by the spinal cord and the body.
có thể tạo ra bởi cột sống và cơ thể.
một con kì nhông không não
a decerebrated salamander --
but you remove the head --
stimulate the spinal cord,
khiến nó có kiểu đi như là đi bộ vậy.
this will induce a walking-like gait.
bước đi sẽ tăng tốc lên.
the gait accelerates.
sẽ đạt đến ngưỡng
chuyển sang bơi.
the animal switches to swimming.
đi xuống cột sống của bạn
to your spinal cord,
hoàn toàn giữa hai kiểu đi khác nhau.
between two very different gaits.
has been observed in cats.
tương tự này trên loài mèo.
đi bộ, nước kiệu hoặc phi.
walk, trot and gallop.
switch between walking,
làm cho nó đi bộ,
at high-level stimulation.
ở mức cao hơn.
vận động rất phức tạp
locomotion controller.
sự vận động loài kì nhông
in more detail,
to a very nice X-ray video machine
một máy x-quang rất đẹp
tại ĐH Jena, Đức.
in Jena University in Germany.
được một cỗ máy kinh ngạc
you really have an amazing machine
của xương rất chi tiết.
in great detail.
which bones are important for us
loại xương quan trọng
dưới dạng 3D.
thu thập cả cơ dữ liệu những chuyển động
a whole database of motions,
of motor behaviors
cơ sở dữ liệu các chuyển động
was to replicate that in our robot.
chúng tôi là phỏng lại nó trên robot.
to find out the right structure,
để tìm ra một kết cấu đúng
how to connect them together,
cách để nối chúng với nhau,
these motions as well as possible.
giống nhất có thể.
được ra đời.
it is to the real animal.
như thế nào.
is almost a direct comparison
là một sự so sánh trực tiếp
of the real animal and the Pleurobot.
và pleurobot.
gần như khớp nhau
almost a one-to-one exact replay
bạn sẽ thấy rõ hơn.
you see it even better.
nếu chúng tôi bơi được.
that we put all over the robot --
bồ độ lặn để mặc cho robot được.
và bắt đầu làm lại các kiểu bơi.
and start replaying the swimming gaits.
vì khá khó để thực hiện điều này.
because this is difficult to do.
so với con vật nhỏ đó.
than a small animal,
cái gọi là tỷ lệ năng động tần suất
dynamic scaling of the frequencies
sự tương tác vật lí tương tự.
the same interaction physics.
we have a very close match,
chúng tôi có sự rất tương xứng.
với điều này.
tiến đến cột sống.
with Jean-Marie Cabelguen
Jean-Marie Cabelguen
các mạch điện cột sống.
is that the salamander
rất nguyên thủy
ở cá chình,
to the one we find in the lamprey,
trong suốt sự tiến hóa,
được gắn vào để điều khiển các chi,
have been added to control the limbs,
these neural oscillators are
này nằm ở đâu,
một mô hình toán học
a mathematical model
chúng như thế nào
giữa hai kiểu đi rất khác nhau.
between the two very different gaits.
is a previous version of Pleurobot
một phiên bản cũ của Pleurobot
mẫu cột sống của chúng tôi
by our spinal cord model
của robot.
through a remote control
qua bộ điều khiển từ xa
nó thường nên nhận được
it normally should receive
by playing with these signals,
khi thay đổi các tín hiệu này
điều khiển tốc độ, hướng và kiểu đi.
speed, heading and type of gait.
we have the walking gait,
chúng tôi có dáng đi bộ,
nếu chúng tôi kích nhiều hơn
to the swimming gait.
rất nhanh.
do turning very nicely
xoay tròn rất đẹp,
của cột sống nhiều hơn phía còn lại.
of the spinal cord than the other.
sự kiểm soát
nhiều trách nhiệm,
to the spinal cord
không cần phải quan tâm gì đến mỗi cơ bắp.
doesn't need to worry about every muscle.
sự điều biến mức độ cao này.
about this high-level modulation,
để điều phối tất cả các cơ.
to coordinate all the muscles.
của mèo mà tầm quan trọng của y sinh.
and the importance of biomechanics.
cơ chế sinh học của mèo.
giúp đỡ sự vận động nhiều như thế nào.
the morphology helps locomotion.
quan trọng trong những đặc điểm của chi.
criteria in the properties,
like a pantograph-like structure.
kết cấu khung hình thoi
là một cấu trúc cơ học
and the lower segments always parallel.
luôn luôn song song.
that kind of coordinates a bit
điều phối một ít
phân mảnh.
rất nhẹ.
is that they are very lightweight.
because then the limbs have low inertia
có quán tính thấp
very elastic behavior of the cat limb,
chi mèo có tính rất đàn hồi
thiết kế Cheetah-Cub
who does his PhD on this robot,
tiến sĩ nhờ tạo ra con robot này.
dễ thương
as a scientific tool
như một công cụ khoa học,
of the legs of the cat.
very lightweight,
and it will not break.
mà không sợ làm gãy.
quan trọng.
is also very important.
of the leg as pantograph.
một khung hình thoi.
is that this quite dynamic gait
dáng đi năng động này
những vòng lặp phản hồi phức tạp.
no complex feedback loops.
already stabilized this quite rapid gait,
khá nhanh chóng này.
đã làm đơn giản hóa sự vận động.
already basically simplify locomotion.
thậm chí làm xáo trộn vận động một chút,
disturb a bit locomotion,
where we have the robot go down a step,
một số bài tập cho robot đi xuống bật cấp,
to immediately fall over,
sẽ ngã xuống lập tức,
và vòng lặp phản hồi nhanh.
no fast feedback loop.
đã giữ dáng đi ổn định,
stabilized the gait,
hơn và có chướng ngại vật,
and if you have obstacles,
and reflexes and everything.
đầy đủ, các phản xạ và mọi thứ.
với một xáo trộn nhỏ,
is that just for small perturbation,
rất quan trọng,
a very important message
to neuroscience,
robot đến khoa thần kinh học,
the body already helps locomotion.
cơ thể đã giúp đỡ sự vận động đến mức nào.
như thế nào ?
to human locomotion?
than cat and salamander locomotion,
phức tạp hơn so với mèo và kì nhông,
of humans is very similar
lại rất tương tự
for locomotion in humans.
chính ở con người.
of the spinal cord,
người hoặc tứ chi.
paraplegic or tetraplegic.
với cột sống.
loses this communication
this descending modulation
that communication
bằng hóa chất.
in the world that do exactly that,
đã thật sự làm việc đó,
and Silvestro Micera,
và Silvestro Micera,
it's very important to understand
rất quan trọng để hiểu rõ
communicates with the spinal cord.
and models that I've presented today
mà tôi thuyết trình
phòng thí nghiệm cậu có các con robot khác
in your lab other robots
nơi ô nhiễm
like a side project,
như là một dự án phụ,
Con robot này --
to do search and rescue inspection,
cho việc tìm kiếm, điều tra và cứu hộ.
nếu bạn đang ở một tình huống khó khăn,
if you have a difficult situation
or a building that is flooded,
hay một tòa nhà bị lũ,
for a rescue team or even rescue dogs,
và thậm chí là với chó cứu hộ,
robot có thể bò quanh, bơi và đi được ?
that can crawl around, swim, walk,
cho việc kiểm tra
to do inspection and identify survivors
a communication link with the survivor.
với người còn sống.
người đó không sợ hình dáng này của nó
don't get scared by the shape of this.
một chút diện mạo của nó.
change the appearance quite a bit,
sẽ chết vì đau tim mất,
might die of a heart attack
that this would feed on you.
và làm cho nó mạnh mẽ hơn,
and it making it more robust,
một công cụ tốt.
a good tool out of it.
và cả đội cậu nữa.
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