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Auke Ijspeert: A robot that runs and swims like a salamander
Auke Ijspeert: Un robot que corre y nada como una salamandra
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El robotista Auke Ijspeert diseña biorobots, máquinas que, siguiendo el modelo de los animales reales, son capaces de desplazarse por terrenos complejos y aparecerían en casa en las páginas de una novela de ciencia ficción. El proceso de creación de estos robots lleva a mejores autómatas que pueden usarse para trabajo de campo, en servicios y en búsqueda y rescate. Sin embargo, estos robots no solo imitan el mundo natural, sino que nos ayudan a comprender mejor nuestra propia biología, descubriendo los secretos antes desconocidos de la médula espinal.
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
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00:12
This is Pleurobot.
0
760
1840
Este es 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 es un robot diseñado
para imitar una especie de salamandra
para imitar una especie de salamandra
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
7040
1400
llamada Pleurodeles waltl.
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
9240
2256
Pleurobot puede caminar,
como ven aquí,
como ven aquí,
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
11520
2040
y luego verán
que también puede nadar.
que también puede nadar.
Quizá se pregunten por qué
diseñamos este robot.
diseñamos este robot.
00:26
So you might ask,
why did we design this robot?
why did we design this robot?
5
14280
2191
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
Lo diseñamos como herramienta
científica para la neurociencia.
científica para la neurociencia.
00:33
Indeed, we designed it
together with neurobiologists
together with neurobiologists
7
21400
2496
De hecho, lo diseñamos
junto a los neurobiólogos
junto a los neurobiólogos
para entender cómo
se mueven los animales,
se mueven los animales,
00:35
to understand how animals move,
8
23920
1896
00:37
and especially how the spinal cord
controls locomotion.
controls locomotion.
9
25840
2760
y sobre todo cómo la médula espinal
controla la locomoción.
controla la locomoción.
Pero cuanto más trabajo en biorobótica,
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
más me impresiona realmente
la locomoción animal.
la locomoción animal.
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
Si lo piensan, un delfín
o un gato que corre o salta,
o un gato que corre o salta,
00:50
or even us as humans,
13
38240
1576
o incluso nosotros,
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
39840
1816
cuando corremos o jugamos al tenis,
00:53
we do amazing things.
15
41680
1240
hacemos cosas asombrosas.
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 hecho, el sistema nervioso resuelve
un problema de control muy, muy complejo.
un problema de control muy, muy complejo.
01:00
It has to coordinate
more or less 200 muscles perfectly,
more or less 200 muscles perfectly,
17
48040
3096
Tiene que coordinar más o menos
200 músculos a la perfección,
200 músculos a la perfección,
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
porque si la coordinación es mala,
nos caemos o nos movemos mal.
nos caemos o nos movemos mal.
01:07
And my goal is to understand
how this works.
how this works.
19
55560
2720
Mi objetivo es entender
cómo funciona esto.
cómo funciona esto.
Hay cuatro componentes principales
detrás de la locomoción animal.
detrás de la locomoción animal.
01:11
There are four main components
behind animal locomotion.
behind animal locomotion.
20
59160
2840
01:14
The first component is just the body,
21
62800
1936
El primer componente es el cuerpo,
01:16
and in fact we should never underestimate
22
64760
1976
y, de hecho, nunca se debe subestimar
01:18
to what extent the biomechanics
already simplify locomotion in animals.
already simplify locomotion in animals.
23
66760
3480
en qué medida la biomecánica en los
animales ya simplificó la locomoción.
animales ya simplificó la locomoción.
01:22
Then you have the spinal cord,
24
70920
1456
Luego está la médula espinal,
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
72400
1976
en la médula espinal hay reflejos,
01:26
multiple reflexes that create
a sensorimotor coordination loop
a sensorimotor coordination loop
26
74400
3456
múltiples reflejos que crean un ciclo
de coordinación sensoriomotora
de coordinación sensoriomotora
01:29
between neural activity in the spinal cord
and mechanical activity.
and mechanical activity.
27
77880
3480
entre la actividad neural de la médula
y la actividad mecánica.
y la actividad mecánica.
Un tercer componente son los
generadores de patrones centrales.
generadores de patrones centrales.
01:34
A third component
are central pattern generators.
are central pattern generators.
28
82000
2976
01:37
These are very interesting circuits
in the spinal cord of vertebrate animals
in the spinal cord of vertebrate animals
29
85000
3896
Son circuitos muy interesantes de
la médula de los vertebrados
la médula de los vertebrados
01:40
that can generate, by themselves,
30
88920
1616
que pueden generar, por sí mismos,
01:42
very coordinated
rhythmic patterns of activity
rhythmic patterns of activity
31
90560
2736
patrones rítmicos de actividad,
muy coordinados
muy coordinados
y al mismo tiempo reciben solo
señales de entrada muy simples.
señales de entrada muy simples.
01:45
while receiving
only very simple input signals.
only very simple input signals.
32
93320
2376
01:47
And these input signals
33
95720
1216
Y estas señales de entrada
01:48
coming from descending modulation
from higher parts of the brain,
from higher parts of the brain,
34
96960
3056
provenientes de la modulación descendente
desde partes superiores del cerebro,
desde partes superiores del cerebro,
01:52
like the motor cortex,
the cerebellum, the basal ganglia,
the cerebellum, the basal ganglia,
35
100040
2696
como la corteza motora,
cerebelo, ganglios basales,
cerebelo, ganglios basales,
01:54
will all modulate activity
of the spinal cord
of the spinal cord
36
102760
2136
modularán la actividad de la médula
01:56
while we do locomotion.
37
104920
1456
conforme nos desplazamos.
01:58
But what's interesting is to what extent
just a low-level component,
just a low-level component,
38
106400
3216
Lo interesante es hasta qué punto
solo un componente de bajo nivel,
solo un componente de bajo nivel,
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
109640
1936
la médula espinal, junto con el cuerpo,
02:03
already solve a big part
of the locomotion problem.
of the locomotion problem.
40
111600
2456
ya resuelven una gran parte
del problema de la locomoción.
del problema de la locomoción.
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
Quizá ya lo sepan porque
al cortar la cabeza a un pollo,
al cortar la cabeza a un pollo,
este puede seguir corriendo un rato.
02:09
it can still run for a while,
42
117532
1381
Eso muestra que con la parte inferior,
la médula y el cuerpo,
la médula y el cuerpo,
02:10
showing that just the lower part,
spinal cord and body,
spinal cord and body,
43
118937
2539
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
121500
1873
ya se resuelve gran parte
de la locomoción.
de la locomoción.
02:15
Now, understanding how this works
is very complex,
is very complex,
45
123397
2459
Pero entender cómo funciona
es algo muy complejo
es algo muy complejo
02:17
because first of all,
46
125880
1296
porque, en primer lugar,
02:19
recording activity in the spinal cord
is very difficult.
is very difficult.
47
127200
2620
grabar la actividad de
la médula es muy difícil.
la médula es muy difícil.
02:21
It's much easier to implant electrodes
in the motor cortex
in the motor cortex
48
129844
2772
Más fácil es implantar
electrodos en la corteza motora
electrodos en la corteza motora
02:24
than in the spinal cord,
because it's protected by the vertebrae.
because it's protected by the vertebrae.
49
132640
3056
que en la médula espinal, por
estar protegida por las vértebras.
estar protegida por las vértebras.
Sobre todo, en humanos,
es muy difícil de hacer.
es muy difícil de hacer.
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
135720
1816
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
Segundo, la locomoción se produce
gracias a una interacción muy compleja
gracias a una interacción muy compleja
02:33
and very dynamic interaction
between these four components.
between these four components.
52
141360
3056
y muy dinámica entre
estos cuatro componentes.
estos cuatro componentes.
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
Así que es muy difícil averiguar
el papel de cada uno en el tiempo.
el papel de cada uno en el tiempo.
02:40
This is where biorobots like Pleurobot
and mathematical models
and mathematical models
54
148880
3736
Aquí es donde los biorobots como
Pleurobot y los modelos matemáticos
Pleurobot y los modelos matemáticos
02:44
can really help.
55
152640
1200
realmente pueden ayudar.
Entonces, ¿qué es la biorobótica?
02:47
So what's biorobotics?
56
155480
1256
La biorobótica es un campo muy activo
de investigación en robótica
de investigación en robótica
02:48
Biorobotics is a very active field
of research in robotics
of research in robotics
57
156760
2736
02:51
where people want to
take inspiration from animals
take inspiration from animals
58
159520
2456
que quiere inspirarse en los animales
02:54
to make robots to go outdoors,
59
162000
2456
para hacer que los robots
salgan al aire libre,
salgan al aire libre,
02:56
like service robots
or search and rescue robots
or search and rescue robots
60
164480
2656
como robots de servicio,
robots de búsqueda y rescate,
robots de búsqueda y rescate,
02:59
or field robots.
61
167160
1200
o robots de campo.
03:00
And the big goal here
is to take inspiration from animals
is to take inspiration from animals
62
168880
2696
El gran objetivo aquí
es inspirarse en los animales
es inspirarse en los animales
para hacer robots que operen
en terrenos complejos:
en terrenos complejos:
03:03
to make robots that can handle
complex terrain --
complex terrain --
63
171600
2336
escaleras, montañas, bosques,
03:05
stairs, mountains, forests,
64
173960
1616
lugares donde los robots
todavía tienen dificultades
todavía tienen dificultades
03:07
places where robots
still have difficulties
still have difficulties
65
175600
2016
03:09
and where animals
can do a much better job.
can do a much better job.
66
177640
2056
y donde los animales
se desempeñan mucho mejor.
se desempeñan mucho mejor.
03:11
The robot can be a wonderful
scientific tool as well.
scientific tool as well.
67
179720
2496
El robot puede ser una gran
herramienta científica también.
herramienta científica también.
03:14
There are some very nice projects
where robots are used,
where robots are used,
68
182240
2620
Hay proyectos muy buenos
en los que se usan robots,
en los que se usan robots,
03:16
like a scientific tool for neuroscience,
for biomechanics or for hydrodynamics.
for biomechanics or for hydrodynamics.
69
184884
3972
como herramienta científica en
neurociencia, biomecánica, hidrodinámica.
neurociencia, biomecánica, hidrodinámica.
03:20
And this is exactly
the purpose of Pleurobot.
the purpose of Pleurobot.
70
188880
2120
Este es exactamente
el propósito de Pleurobot.
el propósito de Pleurobot.
03:23
So what we do in my lab
is to collaborate with neurobiologists
is to collaborate with neurobiologists
71
191600
2936
En mi laboratorio colaboramos
con neurobiólogos
con neurobiólogos
03:26
like Jean-Marie Cabelguen,
a neurobiologist in Bordeaux in France,
a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
194560
3216
como Jean-Marie Cabelguen,
neurobiólogo en Burdeos, Francia,
neurobiólogo en Burdeos, Francia,
03:29
and we want to make spinal cord models
and validate them on robots.
and validate them on robots.
73
197800
4040
y queremos hacer modelos de la médula
y validarlos en robots.
y validarlos en robots.
Queremos empezar de forma sencilla.
03:34
And here we want to start simple.
74
202480
1616
03:36
So it's good to start with simple animals
75
204120
1976
Es bueno empezar con animales simples
03:38
like lampreys, which are
very primitive fish,
very primitive fish,
76
206120
2256
como las lampreas,
que son peces muy primitivos,
que son peces muy primitivos,
03:40
and then gradually
go toward more complex locomotion,
go toward more complex locomotion,
77
208400
2496
y luego, gradualmente pasar
a animales de locomoción más compleja,
a animales de locomoción más compleja,
03:42
like in salamanders,
78
210920
1256
como salamandras,
03:44
but also in cats and in humans,
79
212200
1496
pero también a gatos y humanos,
03:45
in mammals.
80
213720
1200
los mamíferos.
Y aquí un robot se convierte
en una herramienta interesante
en una herramienta interesante
03:47
And here, a robot becomes
an interesting tool
an interesting tool
81
215880
2376
03:50
to validate our models.
82
218280
1936
para validar nuestros modelos.
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
Para mí, Pleurobot es
una especie de sueño hecho realidad.
una especie de sueño hecho realidad.
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
Hace más o menos 20 años
yo ya trabajaba
yo ya trabajaba
haciendo simulaciones informáticas del
movimiento de lampreas y salamandras
movimiento de lampreas y salamandras
03:58
making simulations of lamprey
and salamander locomotion
and salamander locomotion
85
226560
2656
04:01
during my PhD.
86
229240
1536
durante mi doctorado.
04:02
But I always knew that my simulations
were just approximations.
were just approximations.
87
230800
3376
Pero siempre supe que mis simulaciones
eran solo aproximaciones.
eran solo aproximaciones.
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
Como simular la física en el agua,
o en barro o en un suelo complejo,
o en barro o en un suelo complejo,
04:10
it's very hard to simulate that
properly on a computer.
properly on a computer.
89
238200
2656
es muy difícil simularlo
correctamente en la computadora.
correctamente en la computadora.
04:12
Why not have a real robot
and real physics?
and real physics?
90
240880
2040
¿Por qué no tener un robot real
y una física real?
y una física real?
De todos estos animales,
uno de mis favoritos es la salamandra.
uno de mis favoritos es la salamandra.
04:15
So among all these animals,
one of my favorites is the salamander.
one of my favorites is the salamander.
91
243600
3136
04:18
You might ask why,
and it's because as an amphibian,
and it's because as an amphibian,
92
246760
3456
Podrán preguntarse por qué
y es porque, dado que es un anfibio,
y es porque, dado que es un anfibio,
04:22
it's a really key animal
from an evolutionary point of view.
from an evolutionary point of view.
93
250240
2856
es un animal clave desde
un punto de vista evolutivo.
un punto de vista evolutivo.
Establece una relación
maravillosa entre nadar,
maravillosa entre nadar,
04:25
It makes a wonderful link
between swimming,
between swimming,
94
253120
2056
04:27
as you find it in eels or fish,
95
255200
1896
como vemos en la anguila o el pez,
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
y la locomoción del cuadrúpedo, como
vemos en mamíferos, gatos y humanos.
vemos en mamíferos, gatos y humanos.
04:34
And in fact, the modern salamander
97
262160
1656
De hecho, la salamandra moderna
04:35
is very close to the first
terrestrial vertebrate,
terrestrial vertebrate,
98
263840
2376
se parece mucho al primer
vertebrado terrestre,
vertebrado terrestre,
por lo que es casi un fósil viviente,
04:38
so it's almost a living fossil,
99
266240
1536
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
267800
1936
lo que nos da acceso
a nuestro antepasado,
a nuestro antepasado,
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
269760
2920
el antepasado de todos
los tetrápodos terrestres.
los tetrápodos terrestres.
04:45
So the salamander swims
102
273240
1376
La salamandra nada,
04:46
by doing what's called
an anguilliform swimming gait,
an anguilliform swimming gait,
103
274640
2496
haciendo una marcha
de natación anguiliforme,
de natación anguiliforme,
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
para ello propaga una onda viajera de
actividad muscular de la cabeza a la cola.
actividad muscular de la cabeza a la cola.
04:53
And if you place
the salamander on the ground,
the salamander on the ground,
105
281440
2176
Y una vez en el suelo,
04:55
it switches to what's called
a walking trot gait.
a walking trot gait.
106
283640
2336
pasa a un modo de andar al trote.
En este caso, se produce una activación
periódica de las extremidades
periódica de las extremidades
04:58
In this case, you have nice
periodic activation of the limbs
periodic activation of the limbs
107
286000
2863
05:00
which are very nicely coordinated
108
288887
1609
muy bien coordinadas
05:02
with this standing wave
undulation of the body,
undulation of the body,
109
290520
2656
con esta ondulación
estacionaria del cuerpo,
estacionaria del cuerpo,
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
y es exactamente la marcha que
están viendo aquí con el Pleurobot.
están viendo aquí con el Pleurobot.
05:08
Now, one thing which is very surprising
and fascinating in fact
and fascinating in fact
111
296880
2976
Pero muy sorprendente
y, de hecho, es fascinante,
y, de hecho, es fascinante,
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
todo esto lo puede generar
simplemente la médula y el cuerpo.
simplemente la médula y el cuerpo.
05:16
So if you take
a decerebrated salamander --
a decerebrated salamander --
113
304040
2000
Si tomamos una salamandra sin cerebro,
no es tan agradable pero
se le quita la cabeza,
se le quita la cabeza,
05:18
it's not so nice
but you remove the head --
but you remove the head --
114
306064
2016
05:20
and if you electrically
stimulate the spinal cord,
stimulate the spinal cord,
115
308104
2672
y le estimulamos la médula
con electricidad,
con electricidad,
05:22
at low level of stimulation
this will induce a walking-like gait.
this will induce a walking-like gait.
116
310800
3256
con un bajo nivel de estimulación
inducirá un modo de andar similar.
inducirá un modo de andar similar.
05:26
If you stimulate a bit more,
the gait accelerates.
the gait accelerates.
117
314080
2456
Si se estimula un poco más,
la marcha se acelera.
la marcha se acelera.
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
316560
1896
En un momento, hay un umbral,
05:30
and automatically,
the animal switches to swimming.
the animal switches to swimming.
119
318480
2536
y automáticamente,
el animal pasa a nadar.
el animal pasa a nadar.
05:33
This is amazing.
120
321040
1376
Es increíble.
05:34
Just changing the global drive,
121
322440
1496
Sencillamente cambia la marcha,
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
323960
1736
como si pisar el acelerador
05:37
of descending modulation
to your spinal cord,
to your spinal cord,
123
325720
2136
de la modulación descendente
en la médula espinal,
en la médula espinal,
05:39
makes a complete switch
between two very different gaits.
between two very different gaits.
124
327880
3000
cambiara por completo entre
dos marchas muy diferentes.
dos marchas muy diferentes.
05:44
And in fact, the same
has been observed in cats.
has been observed in cats.
125
332440
2576
De hecho, lo mismo se observa en gatos.
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
335040
2016
Si uno estimula la médula de un gato,
05:49
you can switch between
walk, trot and gallop.
walk, trot and gallop.
127
337080
2216
puede pasar de caminata,
a trote, a galope.
a trote, a galope.
05:51
Or in birds, you can make a bird
switch between walking,
switch between walking,
128
339320
2736
O en las aves, uno puede hacer
que pasen de caminar,
que pasen de caminar,
en un nivel bajo de la estimulación,
05:54
at a low level of stimulation,
129
342080
1456
05:55
and flapping its wings
at high-level stimulation.
at high-level stimulation.
130
343560
2816
a batir alas en un nivel
alto de estimulación.
alto de estimulación.
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
346400
2016
Y esto demuestra
que la médula espinal
que la médula espinal
06:00
is a very sophisticated
locomotion controller.
locomotion controller.
132
348440
2416
controla la locomoción de
forma muy sofisticada.
forma muy sofisticada.
Por eso estudiamos la locomoción
de la salamandra en más detalle,
de la salamandra en más detalle,
06:02
So we studied salamander locomotion
in more detail,
in more detail,
133
350880
2456
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
y tuvimos acceso a una máquina
de rayos X muy buena
de rayos X muy buena
06:08
from Professor Martin Fischer
in Jena University in Germany.
in Jena University in Germany.
135
356480
3576
del profesor Martin Fischer de
la Universidad Jena en Alemania.
la Universidad Jena en Alemania.
06:12
And thanks to that,
you really have an amazing machine
you really have an amazing machine
136
360080
2576
Gracias a eso, tenemos
una máquina increíble
una máquina increíble
06:14
to record all the bone motion
in great detail.
in great detail.
137
362680
2456
para grabar el movimiento
de los huesos en gran detalle.
de los huesos en gran detalle.
06:17
That's what we did.
138
365160
1256
Así hicimos.
06:18
So we basically figured out
which bones are important for us
which bones are important for us
139
366440
3176
En esencia, descubrimos
qué huesos importaban
qué huesos importaban
06:21
and collected their motion in 3D.
140
369640
3016
y recolectamos su movimiento en 3D.
06:24
And what we did is collect
a whole database of motions,
a whole database of motions,
141
372680
2696
Recolectamos una gran base
de datos de movimientos,
de datos de movimientos,
06:27
both on ground and in water,
142
375400
1656
tanto en tierra como en el agua,
para obtener una base completa
de los comportamientos motrices
de los comportamientos motrices
06:29
to really collect a whole database
of motor behaviors
of motor behaviors
143
377080
2484
06:31
that a real animal can do.
144
379589
1244
que puede tener un 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
Nuestro trabajo como robotistas
fue replicarlo en nuestro robot.
fue replicarlo en nuestro robot.
06:36
So we did a whole optimization process
to find out the right structure,
to find out the right structure,
146
384033
3383
Mediante un proceso de optimización
encontramos la estructura correcta
encontramos la estructura correcta
06:39
where to place the motors,
how to connect them together,
how to connect them together,
147
387440
2656
para colocar los motores,
para conectarlos,
para conectarlos,
06:42
to be able to replay
these motions as well as possible.
these motions as well as possible.
148
390120
2880
para poder reproducir esos
movimientos lo mejor posible.
movimientos lo mejor posible.
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
393680
2360
Y así cobró vida el 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
Veamos cuánto se asemeja al animal real.
06:52
So what you see here
is almost a direct comparison
is almost a direct comparison
151
400960
2496
Aquí ven una comparación casi directa
06:55
between the walking
of the real animal and the Pleurobot.
of the real animal and the Pleurobot.
152
403480
2696
entre la marca del animal real
y la del Pleurobot.
y la del Pleurobot.
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
Puede verse que hay casi
una reproducción uno a uno
una reproducción uno a uno
07:00
of the walking gait.
154
408960
1256
de la marcha a pie.
07:02
If you go backwards and slowly,
you see it even better.
you see it even better.
155
410240
2600
Hacia atrás y poco a poco,
se ve aún mejor.
se ve aún mejor.
07:07
But even better, we can do swimming.
156
415520
2376
Pero todavía mejor, podemos nadar.
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
Para eso usamos un traje seco
y recubrimos todo el robot...
y recubrimos todo el robot...
07:12
(Laughter)
158
420960
1096
(Risas)
07:14
and then we can go in water
and start replaying the swimming gaits.
and start replaying the swimming gaits.
159
422080
3176
y entonces podemos ir al agua
y reproducir la marcha de natación.
y reproducir la marcha de natación.
07:17
And here, we were very happy,
because this is difficult to do.
because this is difficult to do.
160
425280
3336
Aquí estábamos muy contentos
porque esto es difícil de hacer.
porque esto es difícil de hacer.
07:20
The physics of interaction are complex.
161
428640
2216
La física de interacción es compleja.
El robot es mucho más grande
que un animal pequeño,
que un animal pequeño,
07:22
Our robot is much bigger
than a small animal,
than a small animal,
162
430880
2416
07:25
so we had to do what's called
dynamic scaling of the frequencies
dynamic scaling of the frequencies
163
433320
3056
por eso tuvimos que hacer
un escalado dinámico de frecuencias
un escalado dinámico de frecuencias
para asegurarnos de lograr
la misma física de interacción.
la misma física de interacción.
07:28
to make sure we had
the same interaction physics.
the same interaction physics.
164
436400
2336
07:30
But you see at the end,
we have a very close match,
we have a very close match,
165
438760
2416
Pero al final, logramos
buena compatibilidad,
buena compatibilidad,
07:33
and we were very, very happy with this.
166
441200
1880
y estábamos muy, muy felices.
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
443480
2216
Pasemos a la médula espinal.
07:37
So here what we did
with Jean-Marie Cabelguen
with Jean-Marie Cabelguen
168
445720
2296
Con Jean-Marie Cabelguen
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
448040
2240
modelamos los circuitos de la médula.
07:43
And what's interesting
is that the salamander
is that the salamander
170
451040
2136
Lo interesante es que la salamandra
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
453200
1620
conserva un circuito muy primitivo,
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
muy similar al de la lamprea,
ese pez parecido a una anguila primitiva,
07:49
this primitive eel-like fish,
173
457520
1976
y parece que, durante la evolución,
07:51
and it looks like during evolution,
174
459520
1736
surgieron nuevos neuroosciladores
para controlar las extremidades,
para controlar las extremidades,
07:53
new neural oscillators
have been added to control the limbs,
have been added to control the limbs,
175
461280
2936
07:56
to do the leg locomotion.
176
464240
1416
para lograr la locomoción de las piernas.
07:57
And we know where
these neural oscillators are
these neural oscillators are
177
465680
2176
Y sabemos dónde están
estos osciladores neurales
estos osciladores neurales
07:59
but what we did was to make
a mathematical model
a mathematical model
178
467880
2256
pero hicimos un modelo matemático
08:02
to see how they should be coupled
179
470160
1616
para ver cómo deberían acoplarse
08:03
to allow this transition
between the two very different gaits.
between the two very different gaits.
180
471800
2936
y lograr esta transición
entre las dos marchas tan diferentes.
entre las dos marchas tan diferentes.
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
474760
2560
Y lo probamos a bordo de un robot.
08:09
And this is how it looks.
182
477680
1200
Y tiene este aspecto.
08:18
So what you see here
is a previous version of Pleurobot
is a previous version of Pleurobot
183
486920
3016
Aquí vemos una versión
previa del Pleurobot
previa del Pleurobot
08:21
that's completely controlled
by our spinal cord model
by our spinal cord model
184
489960
3096
totalmente controlada por
nuestro modelo de médula espinal
nuestro modelo de médula espinal
08:25
programmed on board of the robot.
185
493080
1600
programado a bordo del robot.
Lo único que hacemos
08:27
And the only thing we do
186
495280
1216
es enviarle al robot
mediante un control remoto
mediante un control remoto
08:28
is send to the robot
through a remote control
through a remote control
187
496520
2176
las dos señales descendentes
que debería recibir normalmente
que debería recibir normalmente
08:30
the two descending signals
it normally should receive
it normally should receive
188
498720
2496
08:33
from the upper part of the brain.
189
501240
1600
de la parte superior del cerebro.
08:35
And what's interesting is,
by playing with these signals,
by playing with these signals,
190
503480
2696
Y lo interesante es que,
jugando con estas señales,
jugando con estas señales,
08:38
we can completely control
speed, heading and type of gait.
speed, heading and type of gait.
191
506200
2800
podemos controlar completamente
velocidad, rumbo y tipo de marcha.
velocidad, rumbo y tipo de marcha.
08:41
For instance,
192
509600
1216
Por ejemplo,
08:42
when we stimulate at a low level,
we have the walking gait,
we have the walking gait,
193
510840
3576
si estimulamos en un nivel bajo,
tenemos el modo caminar,
tenemos el modo caminar,
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
514440
1976
y, en un momento, si estimulamos mucho,
08:48
very rapidly it switches
to the swimming gait.
to the swimming gait.
195
516440
2160
muy rápidamente pasa al modo nadar.
Y, por último, también podemos
hacer giros muy bien
hacer giros muy bien
08:51
And finally, we can also
do turning very nicely
do turning very nicely
196
519480
2216
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
con solo estimular más un lado
de la médula que el otro.
de la médula que el otro.
08:58
And I think it's really beautiful
198
526200
1616
Y pienso que es realmente hermoso
08:59
how nature has distributed control
199
527840
2256
cómo la naturaleza distribuyó el control
09:02
to really give a lot of responsibility
to the spinal cord
to the spinal cord
200
530120
2856
y le dio mucha responsabilidad
a la médula espinal
a la médula espinal
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
para que la parte superior del cerebro
no tenga que ocuparse de cada músculo.
no tenga que ocuparse de cada músculo.
Solo tiene que ocuparse de
esta modulación de alto nivel,
esta modulación de alto nivel,
09:08
It just has to worry
about this high-level modulation,
about this high-level modulation,
202
536680
2536
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
y es trabajo de la médula
coordinar cada músculo.
coordinar cada músculo.
09:14
So now let's go to cat locomotion
and the importance of biomechanics.
and the importance of biomechanics.
204
542840
3520
Pasemos ahora a la locomoción del gato
y a la importancia de la biomecánica.
y a la importancia de la biomecánica.
09:19
So this is another project
205
547080
1256
Este es otro proyecto
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
548360
2416
en el que estudiamos
la biomecánica del gato,
la biomecánica del gato,
09:22
and we wanted to see how much
the morphology helps locomotion.
the morphology helps locomotion.
207
550800
3896
y queríamos ver en qué medida
la morfología ayuda a la locomoción.
la morfología ayuda a la locomoción.
09:26
And we found three important
criteria in the properties,
criteria in the properties,
208
554720
3616
Encontramos tres criterios
importantes en las propiedades,
importantes en las propiedades,
09:30
basically, of the limbs.
209
558360
1320
básicamente, de las extremidades.
09:32
The first one is that a cat limb
210
560320
1976
El primero es que la extremidad del gato
09:34
more or less looks
like a pantograph-like structure.
like a pantograph-like structure.
211
562320
2696
se parece más o menos
a una estructura de pantógrafo.
a una estructura de pantógrafo.
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
565040
2216
El pantógrafo es una estructura mecánica
09:39
which keeps the upper segment
and the lower segments always parallel.
and the lower segments always parallel.
213
567280
3400
que mantiene el segmento superior y los
segmentos inferiores siempre paralelos.
segmentos inferiores siempre paralelos.
09:43
So a simple geometrical system
that kind of coordinates a bit
that kind of coordinates a bit
214
571600
3096
Es un sistema geométrico sencillo
que coordina un poco
que coordina un poco
el movimiento interno de los segmentos.
09:46
the internal movement of the segments.
215
574720
1816
Una segunda propiedad de las
extremidades del gato: son muy livianas.
extremidades del gato: son muy livianas.
09:48
A second property of cat limbs
is that they are very lightweight.
is that they are very lightweight.
216
576560
3056
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
579640
1856
La mayor parte de los músculos
están en el tronco,
están en el tronco,
09:53
which is a good idea,
because then the limbs have low inertia
because then the limbs have low inertia
218
581520
2896
muy buena idea, porque
las extremidades tienen baja inercia
las extremidades tienen baja inercia
09:56
and can be moved very rapidly.
219
584440
1776
y pueden moverse muy rápidamente.
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
La última propiedad importante
es el comportamiento tan elástico,
es el comportamiento tan elástico,
10:02
so to handle impacts and forces.
221
590080
2656
para manejar impactos y fuerzas.
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
592760
2336
Así diseñamos Cheetah-Cub.
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
595120
2200
Invitemos a Cheetah-Cub al escenario.
10:14
So this is Peter Eckert,
who does his PhD on this robot,
who does his PhD on this robot,
224
602160
3656
Este es Peter Eckert, que hace
su doctorado sobre este robot,
su doctorado sobre este robot,
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
605840
2056
y como ven, es un pequeño y lindo robot.
10:19
It looks a bit like a toy,
226
607920
1256
Parece un juguete,
10:21
but it was really used
as a scientific tool
as a scientific tool
227
609200
2056
pero se usó como herramienta científica
10:23
to investigate these properties
of the legs of the cat.
of the legs of the cat.
228
611280
3296
para investigar estas propiedades
de las patas del gato.
de las patas del gato.
10:26
So you see, it's very compliant,
very lightweight,
very lightweight,
229
614600
2616
Como ven, es muy compatible, muy liviano,
10:29
and also very elastic,
230
617240
1256
y también muy elástico,
10:30
so you can easily press it down
and it will not break.
and it will not break.
231
618520
2776
de modo que podemos pisarlo
y no se romperá.
y no se romperá.
10:33
It will just jump, in fact.
232
621320
1456
De hecho, saltará.
10:34
And this very elastic property
is also very important.
is also very important.
233
622800
2880
Esta propiedad de ser tan elástico
también es muy importante.
también es muy importante.
10:39
And you also see a bit these properties
234
627160
1896
También se ve un poco las propiedades
10:41
of these three segments
of the leg as pantograph.
of the leg as pantograph.
235
629080
2400
de estos tres segmentos de
la pata como un pantógrafo.
la pata como un pantógrafo.
Pero lo interesante de
esta marcha bastante dinámica
esta marcha bastante dinámica
10:44
Now, what's interesting
is that this quite dynamic gait
is that this quite dynamic gait
236
632280
2776
es que se obtiene
exclusivamente en lazo abierto,
exclusivamente en lazo abierto,
10:47
is obtained purely in open loop,
237
635080
1896
10:49
meaning no sensors,
no complex feedback loops.
no complex feedback loops.
238
637000
3136
o sea, sin sensores, ni bucles
de retroalimentación complejos.
de retroalimentación complejos.
10:52
And that's interesting, because it means
239
640160
2416
Y eso es interesante porque significa
10:54
that just the mechanics
already stabilized this quite rapid gait,
already stabilized this quite rapid gait,
240
642600
4016
que la mecánica ya estabiliza
esta marcha bastante rápida
esta marcha bastante rápida
10:58
and that really good mechanics
already basically simplify locomotion.
already basically simplify locomotion.
241
646640
4176
y que la mecánica realmente buena
ya simplifica la locomoción.
ya simplifica la locomoción.
11:02
To the extent that we can even
disturb a bit locomotion,
disturb a bit locomotion,
242
650840
3296
Al punto que incluso se puede
perturbar un poco la locomoción,
perturbar un poco la locomoción,
11:06
as you will see in the next video,
243
654160
1656
como verán en el próximo video,
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
podemos hacer algo de ejercicio,
pedirle al robot que baje un escalón,
pedirle al robot que baje un escalón,
11:11
and the robot will not fall over,
245
659760
1616
y el robot no se caerá,
11:13
which was a surprise for us.
246
661400
1576
lo cual nos sorprendió.
11:15
This is a small perturbation.
247
663000
1416
Hay una pequeña protuberancia.
11:16
I was expecting the robot
to immediately fall over,
to immediately fall over,
248
664440
2416
Esperaba que el robot
cayera de inmediato,
cayera de inmediato,
porque no hay sensores, ni bucle
de retroalimentación rápida.
de retroalimentación rápida.
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
Pero no, sencillamente la mecánica
estabilizó la marcha,
estabilizó la marcha,
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
671560
1576
y el robot no se cayó.
11:25
Obviously, if you make the step bigger,
and if you have obstacles,
and if you have obstacles,
252
673160
3136
Obviamente, con escalones más grandes
y con obstáculos,
y con obstáculos,
11:28
you need the full control loops
and reflexes and everything.
and reflexes and everything.
253
676320
3656
se necesitan bucles de control total,
reflejos, y todo.
reflejos, y todo.
11:32
But what's important here
is that just for small perturbation,
is that just for small perturbation,
254
680000
2936
Pero lo importante aquí es que
para perturbaciones pequeñas,
para perturbaciones pequeñas,
11:34
the mechanics are right.
255
682960
1496
la mecánica es correcta.
11:36
And I think this is
a very important message
a very important message
256
684480
2096
Y pienso que este es
un mensaje muy importante
un mensaje muy importante
11:38
from biomechanics and robotics
to neuroscience,
to neuroscience,
257
686600
2191
de la biomecánica y la robótica
para la neurociencia:
para la neurociencia:
11:40
saying don't underestimate to what extent
the body already helps locomotion.
the body already helps locomotion.
258
688815
4680
No hay que subestimar hasta qué punto
el cuerpo ya ayuda a la locomoción.
el cuerpo ya ayuda a la locomoción.
Ahora, ¿qué relación tiene esto
con la locomoción humana?
con la locomoción humana?
11:47
Now, how does this relate
to human locomotion?
to human locomotion?
259
695440
2160
Claramente, la locomoción humana es más
compleja que la del gato y la salamandra,
compleja que la del gato y la salamandra,
11:49
Clearly, human locomotion is more complex
than cat and salamander locomotion,
than cat and salamander locomotion,
260
697960
3640
pero al mismo tiempo, el sistema nervioso
de los humanos es muy similar
de los humanos es muy similar
11:54
but at the same time, the nervous system
of humans is very similar
of humans is very similar
261
702360
3136
11:57
to that of other vertebrates.
262
705520
1576
al de otros vertebrados.
11:59
And especially the spinal cord
263
707120
1456
Y, sobre todo, la médula espinal
12:00
is also the key controller
for locomotion in humans.
for locomotion in humans.
264
708600
2640
también es el controlador clave
de la locomoción humana.
de la locomoción humana.
12:03
That's why, if there's a lesion
of the spinal cord,
of the spinal cord,
265
711760
2416
Por eso, una lesión en la médula espinal
12:06
this has dramatic effects.
266
714200
1496
tiene efectos dramáticos.
12:07
The person can become
paraplegic or tetraplegic.
paraplegic or tetraplegic.
267
715720
2776
La persona puede quedar
parapléjica o tetrapléjica.
parapléjica o tetrapléjica.
Y eso debido a que el cerebro
pierde la comunicación
pierde la comunicación
12:10
This is because the brain
loses this communication
loses this communication
268
718520
2376
12:12
with the spinal cord.
269
720920
1256
con la médula.
12:14
Especially, it loses
this descending modulation
this descending modulation
270
722200
2216
Especialmente, pierde
esa modulación descendente
esa modulación descendente
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
724440
1920
para iniciar y modular la locomoción.
Por eso, un gran objetivo
de la neuroprotésica
de la neuroprotésica
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
727640
1696
12:21
is to be able to reactivate
that communication
that communication
273
729360
2376
es poder reactivar esa comunicación
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
731760
2440
mediante estimulaciones
eléctricas o químicas.
eléctricas o químicas.
12:26
And there are several teams
in the world that do exactly that,
in the world that do exactly that,
275
734840
2936
Y hay varios equipos en el mundo
que hacen exactamente eso,
que hacen exactamente eso,
12:29
especially at EPFL.
276
737800
1216
especialmente en la EPFL
12:31
My colleagues Grégoire Courtine
and Silvestro Micera,
and Silvestro Micera,
277
739040
2496
mis colegas Grégoire Courtine
y Silvestro Micera,
y Silvestro Micera,
12:33
with whom I collaborate.
278
741560
1240
con quienes colaboro.
12:35
But to do this properly,
it's very important to understand
it's very important to understand
279
743960
3096
Pero para hacerlo correctamente,
es muy importante entender
es muy importante entender
12:39
how the spinal cord works,
280
747080
1736
cómo funciona la médula,
12:40
how it interacts with the body,
281
748840
1696
cómo interactúa con el cuerpo,
12:42
and how the brain
communicates with the spinal cord.
communicates with the spinal cord.
282
750560
2480
y cómo se comunica el cuerpo con esta.
12:45
This is where the robots
and models that I've presented today
and models that I've presented today
283
753800
2896
Es ahí donde los robots
y los modelos que presenté hoy
y los modelos que presenté hoy
12:48
will hopefully play a key role
284
756720
1896
espero que jueguen un rol clave
12:50
towards these very important goals.
285
758640
2656
en esos objetivos tan importantes.
12:53
Thank you.
286
761320
1216
Gracias.
12:54
(Applause)
287
762560
4560
(Aplausos)
Bruno Giussani: Auke, he visto
en tu laboratorio otros robots
en tu laboratorio otros robots
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen
in your lab other robots
in your lab other robots
288
772100
2636
13:06
that do things like swim in pollution
289
774760
2456
que nadan en contaminación
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
777240
2456
y miden la contaminación mientras nadan.
13:11
But for this one,
291
779720
1216
Pero para esto,
13:12
you mentioned in your talk,
like a side project,
like a side project,
292
780960
3480
mencionaste en tu charla
como efecto secundario,
como efecto secundario,
13:17
search and rescue,
293
785640
1216
la búsqueda y el rescate,
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
786880
2176
y tiene una cámara en la nariz.
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
789080
2496
Auke Ijspeert: Por supuesto, el robot...
Se desprenden algunos proyectos
13:23
We have some spin-off projects
296
791600
1429
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
en los que quisiéramos usar robots
para inspección de búsqueda y rescate,
para inspección de búsqueda y rescate,
13:28
so this robot is now seeing you.
298
796520
1576
por eso este robot ahora los está viendo.
13:30
And the big dream is to,
if you have a difficult situation
if you have a difficult situation
299
798120
3176
Y el gran sueño es, si uno atraviesa
una situación difícil
una situación difícil
13:33
like a collapsed building
or a building that is flooded,
or a building that is flooded,
300
801320
3616
como el derrumbe o la inundación
de un edificio,
de un edificio,
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
y es muy peligroso para el equipo
de rescate o incluso para los perros,
de rescate o incluso para los perros,
13:40
why not send in a robot
that can crawl around, swim, walk,
that can crawl around, swim, walk,
302
808320
2896
por qué no enviar un robot que
pueda arrastrarse, nadar, caminar,
pueda arrastrarse, nadar, caminar,
13:43
with a camera onboard
to do inspection and identify survivors
to do inspection and identify survivors
303
811240
3176
con una cámara a bordo, que inspeccione,
identifique sobrevivientes,
identifique sobrevivientes,
13:46
and possibly create
a communication link with the survivor.
a communication link with the survivor.
304
814440
2776
y que quizá haga de enlace de
comunicación con los supervivientes.
comunicación con los supervivientes.
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
BG: Claro, suponiendo que las víctimas
no se asusten por su forma.
no se asusten por su forma.
13:52
AI: Yeah, we should probably
change the appearance quite a bit,
change the appearance quite a bit,
306
820840
3296
AI: Sí, probablemente deberíamos
cambiar la apariencia un poco,
cambiar la apariencia un poco,
porque supongo que un superviviente
podría morir de un ataque al corazón
podría morir de un ataque al corazón
13:56
because here I guess a survivor
might die of a heart attack
might die of a heart attack
307
824160
2816
13:59
just of being worried
that this would feed on you.
that this would feed on you.
308
827000
2536
por temor a que esto se lo coma.
14:01
But by changing the appearance
and it making it more robust,
and it making it more robust,
309
829560
2856
Pero cambiando la apariencia
y haciéndolo más robusto,
y haciéndolo más robusto,
14:04
I'm sure we can make
a good tool out of it.
a good tool out of it.
310
832440
2056
estoy seguro de que podemos
lograr una buena herramienta.
lograr una buena herramienta.
14:06
BG: Thank you very much.
Thank you and your team.
Thank you and your team.
311
834520
2286
BG: Muchas gracias.
Gracias a todo tu equipo.
Gracias a todo tu equipo.
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