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Auke Ijspeert: A robot that runs and swims like a salamander
アウケ・エイスペールト: イモリの様に走り、泳ぐことのできるロボット
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ロボット研究家のアウケ・エイスベールトは、複雑な地面を進むことが出来る本物の動物をモデルにした、家にあるSF小説に登場するような生物的ロボットをデザインしています。このようなロボットを作る過程は、現場作業、点検、捜索や救出作業に使えるような自走式ロボットの改善につながります。こういったロボットは自然の世界の真似をするというのだけではなく、生物の仕組みをより深く知り、脊髄の知られざる秘密を解き明かしてくれます。
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
これはプルーロボットといいます
00:15
Pleurobot is a robot that we designed
to closely mimic a salamander species
to closely mimic a salamander species
1
3400
3616
プルーロボットはイベリア・トゲイモリという
イモリの一種を
イモリの一種を
00:19
called Pleurodeles waltl.
2
7040
1400
まねて作ったものです
00:21
Pleurobot can walk, as you can see here,
3
9240
2256
プルーロボットはご覧のとおり
歩行することも
歩行することも
00:23
and as you'll see later, it can also swim.
4
11520
2040
後でご覧頂くように
泳ぐことも出来ます
泳ぐことも出来ます
00:26
So you might ask,
why did we design this robot?
why did we design this robot?
5
14280
2191
なぜこんなロボットを設計するのかって？
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
実のところ このロボットは
神経科学の研究道具として設計されました
神経科学の研究道具として設計されました
00:33
Indeed, we designed it
together with neurobiologists
together with neurobiologists
7
21400
2496
事実 神経生物学者と共同で
00:35
to understand how animals move,
8
23920
1896
動物の動きを ー
00:37
and especially how the spinal cord
controls locomotion.
controls locomotion.
9
25840
2760
特に脊髄が動作を制御する仕組みを
理解するために設計しました
理解するために設計しました
しかし生物ロボット工学を研究するにつれ
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
動物の動きに対する感銘を深めました
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
イルカが泳ぎ
ネコが走ったり飛び跳ねたり
ネコが走ったり飛び跳ねたり
00:50
or even us as humans,
13
38240
1576
さらに我々人間が
00:51
when you go jogging or play tennis,
14
39840
1816
ジョギングしたりテニスをする時には
00:53
we do amazing things.
15
41680
1240
驚くべきことを行っています
00:55
And in fact, our nervous system solves
a very, very complex control problem.
a very, very complex control problem.
16
43880
4136
実際 我々の神経系は非常に複雑な
制御の問題を解決しています
制御の問題を解決しています
01:00
It has to coordinate
more or less 200 muscles perfectly,
more or less 200 muscles perfectly,
17
48040
3096
200ほどの筋肉を
完璧に操っています
完璧に操っています
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
連携がうまく出来なければ
倒れたり ぎこちない動きをすることでしょう
倒れたり ぎこちない動きをすることでしょう
01:07
And my goal is to understand
how this works.
how this works.
19
55560
2720
私の目標は
このような動作を理解することです
このような動作を理解することです
01:11
There are four main components
behind animal locomotion.
behind animal locomotion.
20
59160
2840
動物の動きには
主に身体の４つの部位が関わっています
主に身体の４つの部位が関わっています
01:14
The first component is just the body,
21
62800
1936
１つ目は胴体です
01:16
and in fact we should never underestimate
22
64760
1976
実際のところ 生物力学的な仕組みが
01:18
to what extent the biomechanics
already simplify locomotion in animals.
already simplify locomotion in animals.
23
66760
3480
動物の動きをかなり簡素化していることを
過小評価してはいけません
過小評価してはいけません
01:22
Then you have the spinal cord,
24
70920
1456
次は脊髄です
01:24
and in the spinal cord you find reflexes,
25
72400
1976
脊髄は様々な反射を司り
01:26
multiple reflexes that create
a sensorimotor coordination loop
a sensorimotor coordination loop
26
74400
3456
脊髄内の神経活動と
機械的な動作の間の
機械的な動作の間の
01:29
between neural activity in the spinal cord
and mechanical activity.
and mechanical activity.
27
77880
3480
知覚運動を制御する
ループを作り出します
ループを作り出します
01:34
A third component
are central pattern generators.
are central pattern generators.
28
82000
2976
３つ目の部位は
中枢パターン発生器です
中枢パターン発生器です
01:37
These are very interesting circuits
in the spinal cord of vertebrate animals
in the spinal cord of vertebrate animals
29
85000
3896
これは脊椎動物の脊髄にある
興味深い回路で
興味深い回路で
01:40
that can generate, by themselves,
30
88920
1616
非常に調和度の高い
01:42
very coordinated
rhythmic patterns of activity
rhythmic patterns of activity
31
90560
2736
リズムのある行動パターンを
自ら発生しますが
自ら発生しますが
01:45
while receiving
only very simple input signals.
only very simple input signals.
32
93320
2376
受け取るのは
とても単純な入力信号だけです
とても単純な入力信号だけです
01:47
And these input signals
33
95720
1216
この入力信号は
01:48
coming from descending modulation
from higher parts of the brain,
from higher parts of the brain,
34
96960
3056
運動皮質、小脳、大脳基底核といった
01:52
like the motor cortex,
the cerebellum, the basal ganglia,
the cerebellum, the basal ganglia,
35
100040
2696
脳の上部から下達された変調信号で
01:54
will all modulate activity
of the spinal cord
of the spinal cord
36
102760
2136
我々が動作する時に
脊髄の信号を
脊髄の信号を
01:56
while we do locomotion.
37
104920
1456
変調させます
01:58
But what's interesting is to what extent
just a low-level component,
just a low-level component,
38
106400
3216
しかし興味深いのは
下位レベルの器官である脊髄が
下位レベルの器官である脊髄が
02:01
the spinal cord, together with the body,
39
109640
1936
胴体と共調して
02:03
already solve a big part
of the locomotion problem.
of the locomotion problem.
40
111600
2456
運動に関する問題の多くを
片づけてしまうことです
片づけてしまうことです
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
おそらくご存知だと思いますが
鳥の頭をちょん切っても
鳥の頭をちょん切っても
02:09
it can still run for a while,
42
117532
1381
しばらくの間走り続けますが
02:10
showing that just the lower part,
spinal cord and body,
spinal cord and body,
43
118937
2539
身体の下半分 つまり
脊髄と胴体だけで
脊髄と胴体だけで
02:13
already solve a big part of locomotion.
44
121500
1873
運動の大部分を達成することを示しています
02:15
Now, understanding how this works
is very complex,
is very complex,
45
123397
2459
この仕組みを調べる方法は
とても複雑です
とても複雑です
02:17
because first of all,
46
125880
1296
なぜならば 第一に
02:19
recording activity in the spinal cord
is very difficult.
is very difficult.
47
127200
2620
脊髄の活動を記録することは
とても困難だからです
とても困難だからです
02:21
It's much easier to implant electrodes
in the motor cortex
in the motor cortex
48
129844
2772
運動皮質に電極を埋め込むことは
02:24
than in the spinal cord,
because it's protected by the vertebrae.
because it's protected by the vertebrae.
49
132640
3056
脊椎で保護された脊髄に比べ
とても容易です
とても容易です
02:27
Especially in humans, very hard to do.
50
135720
1816
人間の場合は特にやっかいです
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
困難である２つ目の理由は
動作は これら４つの部位の
動作は これら４つの部位の
02:33
and very dynamic interaction
between these four components.
between these four components.
52
141360
3056
非常に複雑 かつ動的な
相互作用によりなされるからです
相互作用によりなされるからです
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
ですから これらの要素の役割を
逐次把握することは非常に困難です
逐次把握することは非常に困難です
02:40
This is where biorobots like Pleurobot
and mathematical models
and mathematical models
54
148880
3736
そこでプルーロボットのような
生物ロボットや数学モデルは
生物ロボットや数学モデルは
02:44
can really help.
55
152640
1200
理解に役立ちます
02:47
So what's biorobotics?
56
155480
1256
では生物ロボットとは？
02:48
Biorobotics is a very active field
of research in robotics
of research in robotics
57
156760
2736
生物ロボット工学はロボット工学の中でも
特に研究が盛んで
特に研究が盛んで
02:51
where people want to
take inspiration from animals
take inspiration from animals
58
159520
2456
動物からヒントを得て
02:54
to make robots to go outdoors,
59
162000
2456
野外で活躍する
02:56
like service robots
or search and rescue robots
or search and rescue robots
60
164480
2656
奉仕ロボット、捜索・救出ロボットや
現場作業ロボットを
現場作業ロボットを
02:59
or field robots.
61
167160
1200
作ろうとしています
03:00
And the big goal here
is to take inspiration from animals
is to take inspiration from animals
62
168880
2696
ここで掲げた大目標は
動物にヒントを得て
動物にヒントを得て
03:03
to make robots that can handle
complex terrain --
complex terrain --
63
171600
2336
複雑な地表 ―
03:05
stairs, mountains, forests,
64
173960
1616
階段、山、森など
03:07
places where robots
still have difficulties
still have difficulties
65
175600
2016
ロボットが今もなお苦手とするものの
03:09
and where animals
can do a much better job.
can do a much better job.
66
177640
2056
動物なら容易な場所を
進めるようにすることです
進めるようにすることです
03:11
The robot can be a wonderful
scientific tool as well.
scientific tool as well.
67
179720
2496
ロボットは素晴らしい
科学的道具にもなります
科学的道具にもなります
03:14
There are some very nice projects
where robots are used,
where robots are used,
68
182240
2620
ロボットを使った
とても面白いプロジェクトがあります
とても面白いプロジェクトがあります
03:16
like a scientific tool for neuroscience,
for biomechanics or for hydrodynamics.
for biomechanics or for hydrodynamics.
69
184884
3972
神経科学、生物力学や流体力学向けの
科学的道具として使います
科学的道具として使います
03:20
And this is exactly
the purpose of Pleurobot.
the purpose of Pleurobot.
70
188880
2120
まさにプルーロボットが
目的とするところです
目的とするところです
03:23
So what we do in my lab
is to collaborate with neurobiologists
is to collaborate with neurobiologists
71
191600
2936
我々が研究室で行っていることは
フランスのボルドー在住の
フランスのボルドー在住の
03:26
like Jean-Marie Cabelguen,
a neurobiologist in Bordeaux in France,
a neurobiologist in Bordeaux in France,
72
194560
3216
ジャン＝マリエ・カベルゲンのような
神経生物学者達と共同で
神経生物学者達と共同で
03:29
and we want to make spinal cord models
and validate them on robots.
and validate them on robots.
73
197800
4040
脊髄のモデルを作って
ロボットで確かめることです
ロボットで確かめることです
03:34
And here we want to start simple.
74
202480
1616
まずは簡単なことから始めます
03:36
So it's good to start with simple animals
75
204120
1976
とても原始的な魚である
03:38
like lampreys, which are
very primitive fish,
very primitive fish,
76
206120
2256
ヤツメウナギのような動物から始め
03:40
and then gradually
go toward more complex locomotion,
go toward more complex locomotion,
77
208400
2496
段階的に 複雑な動きを目指すのが
良いでしょう
良いでしょう
03:42
like in salamanders,
78
210920
1256
イモリ
03:44
but also in cats and in humans,
79
212200
1496
ネコ、ヒト
03:45
in mammals.
80
213720
1200
他の哺乳類へと進めていきます
03:47
And here, a robot becomes
an interesting tool
an interesting tool
81
215880
2376
このとおり
ロボットは我々のモデルを実証する
ロボットは我々のモデルを実証する
03:50
to validate our models.
82
218280
1936
興味深いツールとなりました
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
プルーロボットは
私にとって夢の実現です
私にとって夢の実現です
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
博士課程の時から
ヤツメウナギやイモリの動きを
ヤツメウナギやイモリの動きを
03:58
making simulations of lamprey
and salamander locomotion
and salamander locomotion
85
226560
2656
コンピュータで再現しようとし
04:01
during my PhD.
86
229240
1536
20年前後の年月が経ちました
04:02
But I always knew that my simulations
were just approximations.
were just approximations.
87
230800
3376
しかし シミュレーションは
近似に過ぎないと常に認識していました
近似に過ぎないと常に認識していました
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
水、泥や複雑な地面といった
場所における物理現象を
場所における物理現象を
04:10
it's very hard to simulate that
properly on a computer.
properly on a computer.
89
238200
2656
コンピュータでシミュレートすることは
とても困難です
とても困難です
04:12
Why not have a real robot
and real physics?
and real physics?
90
240880
2040
では本物のロボットを
現実の条件下で試しては？
現実の条件下で試しては？
04:15
So among all these animals,
one of my favorites is the salamander.
one of my favorites is the salamander.
91
243600
3136
これらの動物の中で
私のお気に入りはイモリです
私のお気に入りはイモリです
04:18
You might ask why,
and it's because as an amphibian,
and it's because as an amphibian,
92
246760
3456
なぜかというと
両生類だからです
両生類だからです
04:22
it's a really key animal
from an evolutionary point of view.
from an evolutionary point of view.
93
250240
2856
進化の観点から
鍵となる動物です
鍵となる動物です
04:25
It makes a wonderful link
between swimming,
between swimming,
94
253120
2056
ウナギ、魚類の泳ぎと
04:27
as you find it in eels or fish,
95
255200
1896
ウナギ、魚類の泳ぎと
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
ネコやヒトなどの哺乳類に見られる
四足歩行を見事にリンクさせています
四足歩行を見事にリンクさせています
04:34
And in fact, the modern salamander
97
262160
1656
事実 現生のイモリは
04:35
is very close to the first
terrestrial vertebrate,
terrestrial vertebrate,
98
263840
2376
最初の陸生の脊椎動物と
とても似通っています
とても似通っています
04:38
so it's almost a living fossil,
99
266240
1536
生きた化石といえるもので
04:39
which gives us access to our ancestor,
100
267800
1936
我々の祖先 ―
04:41
the ancestor to all terrestrial tetrapods.
101
269760
2920
全ての陸生の四足歩行動物の祖先のことを
知ることができます
知ることができます
04:45
So the salamander swims
102
273240
1376
イモリは
04:46
by doing what's called
an anguilliform swimming gait,
an anguilliform swimming gait,
103
274640
2496
ウナギ型の泳ぎをします
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
頭部から尾までの筋肉を
波を打つように見事にうねらせます
波を打つように見事にうねらせます
04:53
And if you place
the salamander on the ground,
the salamander on the ground,
105
281440
2176
イモリを地面に置くと
04:55
it switches to what's called
a walking trot gait.
a walking trot gait.
106
283640
2336
速足歩行モードに切り替わります
04:58
In this case, you have nice
periodic activation of the limbs
periodic activation of the limbs
107
286000
2863
手足を上手に周期的に連携させます
05:00
which are very nicely coordinated
108
288887
1609
つまり 定常的な波の様に
05:02
with this standing wave
undulation of the body,
undulation of the body,
109
290520
2656
身体をうねらせるのです
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
まさにこの動きを
プルーロボットで見ることができます
プルーロボットで見ることができます
05:08
Now, one thing which is very surprising
and fascinating in fact
and fascinating in fact
111
296880
2976
とても驚くべき かつ素晴らしいことは
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
この動きが脊髄と胴体の間だけで
行われていることです
行われていることです
05:16
So if you take
a decerebrated salamander --
a decerebrated salamander --
113
304040
2000
もし イモリの脳を除去しても ―
05:18
it's not so nice
but you remove the head --
but you remove the head --
114
306064
2016
ぞっとしますが
頭を切り離してしまっても
頭を切り離してしまっても
05:20
and if you electrically
stimulate the spinal cord,
stimulate the spinal cord,
115
308104
2672
脊髄に電気刺激を与えると
05:22
at low level of stimulation
this will induce a walking-like gait.
this will induce a walking-like gait.
116
310800
3256
低レベルの刺激により
歩行モードが誘発されます
歩行モードが誘発されます
05:26
If you stimulate a bit more,
the gait accelerates.
the gait accelerates.
117
314080
2456
刺激を少し強くすると
加速します
加速します
05:28
And at some point, there's a threshold,
118
316560
1896
ある限界点に達すると
05:30
and automatically,
the animal switches to swimming.
the animal switches to swimming.
119
318480
2536
自動的に
水泳モードに切り替わります
水泳モードに切り替わります
05:33
This is amazing.
120
321040
1376
素晴らしいことです
05:34
Just changing the global drive,
121
322440
1496
刺激を変えると
05:35
as if you are pressing the gas pedal
122
323960
1736
まるで変調信号を脊髄へと下達させる
05:37
of descending modulation
to your spinal cord,
to your spinal cord,
123
325720
2136
ペダルを踏んだかのように
05:39
makes a complete switch
between two very different gaits.
between two very different gaits.
124
327880
3000
全く異なる動きの
２つのモードが切り替わります
２つのモードが切り替わります
05:44
And in fact, the same
has been observed in cats.
has been observed in cats.
125
332440
2576
同様なことがネコでも観察されています
05:47
If you stimulate the spinal cord of a cat,
126
335040
2016
ネコの脊髄を刺激すると
05:49
you can switch between
walk, trot and gallop.
walk, trot and gallop.
127
337080
2216
歩行、速足、駆け足のモードが
切り替わります
切り替わります
05:51
Or in birds, you can make a bird
switch between walking,
switch between walking,
128
339320
2736
鳥でも切り替えが可能です
05:54
at a low level of stimulation,
129
342080
1456
弱い刺激では歩き
05:55
and flapping its wings
at high-level stimulation.
at high-level stimulation.
130
343560
2816
強い刺激では
羽をはばたかせます
羽をはばたかせます
05:58
And this really shows that the spinal cord
131
346400
2016
脊髄が実に精巧な
06:00
is a very sophisticated
locomotion controller.
locomotion controller.
132
348440
2416
運動制御器官であることを
示しています
示しています
06:02
So we studied salamander locomotion
in more detail,
in more detail,
133
350880
2456
我々はイモリの動きを
もっと詳しく調べました
もっと詳しく調べました
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
実に素晴らしいX線動画撮影装置を
ドイツのイェーナ大学の
ドイツのイェーナ大学の
06:08
from Professor Martin Fischer
in Jena University in Germany.
in Jena University in Germany.
135
356480
3576
マーティン・フィッシャー教授に
使わせて頂きました
使わせて頂きました
06:12
And thanks to that,
you really have an amazing machine
you really have an amazing machine
136
360080
2576
この素晴らしい装置のおかげで
06:14
to record all the bone motion
in great detail.
in great detail.
137
362680
2456
骨の動きを詳細に
記録することが出来ました
記録することが出来ました
06:17
That's what we did.
138
365160
1256
こんなことを行ったのです
06:18
So we basically figured out
which bones are important for us
which bones are important for us
139
366440
3176
どの骨が重要な働きを
しているのかが分かりました
しているのかが分かりました
06:21
and collected their motion in 3D.
140
369640
3016
また 動きを３次元的に記録しました
06:24
And what we did is collect
a whole database of motions,
a whole database of motions,
141
372680
2696
我々が集めたデータは
陸上、水中の両方における
陸上、水中の両方における
06:27
both on ground and in water,
142
375400
1656
網羅的なデータベース ―
06:29
to really collect a whole database
of motor behaviors
of motor behaviors
143
377080
2484
本物の動物の動きをとらえた
06:31
that a real animal can do.
144
379589
1244
包括的なデータベースです
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
さて 我々ロボット研究家の役目は
ロボットでこれを再現することです
ロボットでこれを再現することです
06:36
So we did a whole optimization process
to find out the right structure,
to find out the right structure,
146
384033
3383
動きを出来るだけ忠実に再現するために
06:39
where to place the motors,
how to connect them together,
how to connect them together,
147
387440
2656
モーターの位置や
それらのつなぎ方まで
それらのつなぎ方まで
06:42
to be able to replay
these motions as well as possible.
these motions as well as possible.
148
390120
2880
適切な構造を見出すべく
全過程を最適化しました
全過程を最適化しました
06:45
And this is how Pleurobot came to life.
149
393680
2360
このようにしてプルーロボットが
実現しました
実現しました
06:49
So let's look at how close
it is to the real animal.
it is to the real animal.
150
397200
2416
どれほど本物の動物に動きが似ているか
ご覧ください
ご覧ください
06:52
So what you see here
is almost a direct comparison
is almost a direct comparison
151
400960
2496
本物の動物とプルーロボットの歩行を
06:55
between the walking
of the real animal and the Pleurobot.
of the real animal and the Pleurobot.
152
403480
2696
直接的に比較しながら
見ることができます
見ることができます
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
歩行の様子を
一挙手一投足で
一挙手一投足で
07:00
of the walking gait.
154
408960
1256
再現することが出来ます
07:02
If you go backwards and slowly,
you see it even better.
you see it even better.
155
410240
2600
元に戻して ゆっくりと再生すると
もっと良く分るでしょう
もっと良く分るでしょう
07:07
But even better, we can do swimming.
156
415520
2376
さらに 泳ぐことも出来ます
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
ドライスーツを準備して
ロボットをすっぽり覆いました
ロボットをすっぽり覆いました
07:12
(Laughter)
158
420960
1096
（笑）
07:14
and then we can go in water
and start replaying the swimming gaits.
and start replaying the swimming gaits.
159
422080
3176
水の中に入って
泳ぎを再現させましょう
泳ぎを再現させましょう
07:17
And here, we were very happy,
because this is difficult to do.
because this is difficult to do.
160
425280
3336
我々は歓喜しました
とても難しいことでしたからね
とても難しいことでしたからね
07:20
The physics of interaction are complex.
161
428640
2216
物理的な相互作用はとても複雑です
07:22
Our robot is much bigger
than a small animal,
than a small animal,
162
430880
2416
我々のロボットは
小動物に比べてずっと大型なので
小動物に比べてずっと大型なので
07:25
so we had to do what's called
dynamic scaling of the frequencies
dynamic scaling of the frequencies
163
433320
3056
周波数の動的スケーリングなるものを行い
07:28
to make sure we had
the same interaction physics.
the same interaction physics.
164
436400
2336
等価の物理的相互作用が
得られるようにしました
得られるようにしました
07:30
But you see at the end,
we have a very close match,
we have a very close match,
165
438760
2416
ついに ご覧のとおり
見事に真似ることが出来ました
見事に真似ることが出来ました
07:33
and we were very, very happy with this.
166
441200
1880
我々は本当に喜びました
07:35
So let's go to the spinal cord.
167
443480
2216
脊髄のお話をします
07:37
So here what we did
with Jean-Marie Cabelguen
with Jean-Marie Cabelguen
168
445720
2296
ジャン＝マリエ・カベルゲンと共に
07:40
is model the spinal cord circuits.
169
448040
2240
脊髄神経回路をモデル化しました
07:43
And what's interesting
is that the salamander
is that the salamander
170
451040
2136
興味深いことにイモリは
とても原始的な神経回路をもっており
とても原始的な神経回路をもっており
07:45
has kept a very primitive circuit,
171
453200
1620
興味深いことにイモリは
とても原始的な神経回路をもっており
とても原始的な神経回路をもっており
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
これは ウナギに似た原始的な魚類である
ヤツメウナギに
ヤツメウナギに
07:49
this primitive eel-like fish,
173
457520
1976
我々が見出したものと
非常に似ています
非常に似ています
07:51
and it looks like during evolution,
174
459520
1736
進化の過程で
07:53
new neural oscillators
have been added to control the limbs,
have been added to control the limbs,
175
461280
2936
脚の動作のために
肢を制御する新たな神経発振器が
肢を制御する新たな神経発振器が
07:56
to do the leg locomotion.
176
464240
1416
加えられたかのようです
07:57
And we know where
these neural oscillators are
these neural oscillators are
177
465680
2176
この神経発振器の在り処は
分かっていますが
分かっていますが
07:59
but what we did was to make
a mathematical model
a mathematical model
178
467880
2256
我々が行ったことは
08:02
to see how they should be coupled
179
470160
1616
陸水における全く異なった動きを
08:03
to allow this transition
between the two very different gaits.
between the two very different gaits.
180
471800
2936
可能にする 連動の仕組みの
数学モデルを作ることでした
数学モデルを作ることでした
08:06
And we tested that on board of a robot.
181
474760
2560
発振器をロボットに搭載して
試してみました
試してみました
08:09
And this is how it looks.
182
477680
1200
こんな感じです
08:18
So what you see here
is a previous version of Pleurobot
is a previous version of Pleurobot
183
486920
3016
ご覧になっているのは
プルーロボットの前バージョンですが
プルーロボットの前バージョンですが
08:21
that's completely controlled
by our spinal cord model
by our spinal cord model
184
489960
3096
ロボットに搭載した
脊髄モデルプログラムによって
脊髄モデルプログラムによって
08:25
programmed on board of the robot.
185
493080
1600
完全に制御されています
08:27
And the only thing we do
186
495280
1216
我々は単に
08:28
is send to the robot
through a remote control
through a remote control
187
496520
2176
リモコンで２つの信号を送信するだけで
08:30
the two descending signals
it normally should receive
it normally should receive
188
498720
2496
これは 脳の上部から下達される
08:33
from the upper part of the brain.
189
501240
1600
信号のようなものです
08:35
And what's interesting is,
by playing with these signals,
by playing with these signals,
190
503480
2696
興味深いことに
これらの信号だけで
これらの信号だけで
08:38
we can completely control
speed, heading and type of gait.
speed, heading and type of gait.
191
506200
2800
スピード、方向や動きの種類を
完全に制御することが出来ます
完全に制御することが出来ます
08:41
For instance,
192
509600
1216
例えば
08:42
when we stimulate at a low level,
we have the walking gait,
we have the walking gait,
193
510840
3576
弱い刺激を与えると 歩行を行い
08:46
and at some point, if we stimulate a lot,
194
514440
1976
刺激を強くしていくと ある時点で
08:48
very rapidly it switches
to the swimming gait.
to the swimming gait.
195
516440
2160
突然 水泳モードに切り替わります
08:51
And finally, we can also
do turning very nicely
do turning very nicely
196
519480
2216
方向転換もとてもスマートにできます
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
脊髄の一方の側を
他方より強く刺激するだけでよいのです
他方より強く刺激するだけでよいのです
08:58
And I think it's really beautiful
198
526200
1616
とても素晴らしいことに
08:59
how nature has distributed control
199
527840
2256
自然は脊髄に
09:02
to really give a lot of responsibility
to the spinal cord
to the spinal cord
200
530120
2856
制御の多くを任せており
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
脳の上部が個々の筋肉の制御に
煩わせられることがありません
煩わせられることがありません
09:08
It just has to worry
about this high-level modulation,
about this high-level modulation,
202
536680
2536
脳は高レベルの変調だけを行い
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
脊髄は全ての筋肉を連携させることを
役目としています
役目としています
09:14
So now let's go to cat locomotion
and the importance of biomechanics.
and the importance of biomechanics.
204
542840
3520
さてネコの動きと生物力学の大切さについて
お話ししましょう
お話ししましょう
09:19
So this is another project
205
547080
1256
これは別のプロジェクトで
09:20
where we studied cat biomechanics,
206
548360
2416
ネコの生物力学を研究したものです
09:22
and we wanted to see how much
the morphology helps locomotion.
the morphology helps locomotion.
207
550800
3896
形態が運動の助けになることを
見てみたいと思っていました
見てみたいと思っていました
09:26
And we found three important
criteria in the properties,
criteria in the properties,
208
554720
3616
ネコには ― 基本的に肢には
３つの重要な性質があることが
３つの重要な性質があることが
09:30
basically, of the limbs.
209
558360
1320
分かりました
09:32
The first one is that a cat limb
210
560320
1976
まず最初に ネコの肢は
09:34
more or less looks
like a pantograph-like structure.
like a pantograph-like structure.
211
562320
2696
パンタグラフのような構造を
しています
しています
09:37
So a pantograph is a mechanical structure
212
565040
2216
パンタグラフは その上面と下面を
09:39
which keeps the upper segment
and the lower segments always parallel.
and the lower segments always parallel.
213
567280
3400
常に平行に保つような
機械的構造です
機械的構造です
09:43
So a simple geometrical system
that kind of coordinates a bit
that kind of coordinates a bit
214
571600
3096
その内部のパーツの動きを
連動させるような
連動させるような
09:46
the internal movement of the segments.
215
574720
1816
単純な幾何学的なシステムです
09:48
A second property of cat limbs
is that they are very lightweight.
is that they are very lightweight.
216
576560
3056
ネコの肢の２つ目の性質は
とても軽量に出来ていることです
とても軽量に出来ていることです
09:51
Most of the muscles are in the trunk,
217
579640
1856
ほとんどの筋肉は胴体にあります
09:53
which is a good idea,
because then the limbs have low inertia
because then the limbs have low inertia
218
581520
2896
肢の慣性力を下げて
09:56
and can be moved very rapidly.
219
584440
1776
素早く動くのに好都合です
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
ネコの肢の重要な３つ目の性質は
とても弾力的であることで
とても弾力的であることで
10:02
so to handle impacts and forces.
221
590080
2656
衝撃や外力への対応を容易にします
10:04
And this is how we designed Cheetah-Cub.
222
592760
2336
これを チーター・カブに
取り込んでみました
取り込んでみました
10:07
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
223
595120
2200
チーター・カブ 舞台へどうぞ
10:14
So this is Peter Eckert,
who does his PhD on this robot,
who does his PhD on this robot,
224
602160
3656
彼はピーター・エッカートで
このロボットについて博士論文を書いています
このロボットについて博士論文を書いています
10:17
and as you see, it's a cute little robot.
225
605840
2056
ご覧のとおり
小さくて可愛いロボットですね
小さくて可愛いロボットですね
10:19
It looks a bit like a toy,
226
607920
1256
小さなおもちゃのようですが
10:21
but it was really used
as a scientific tool
as a scientific tool
227
609200
2056
ネコの脚の性質を調べるための
10:23
to investigate these properties
of the legs of the cat.
of the legs of the cat.
228
611280
3296
科学的道具として使われたのです
10:26
So you see, it's very compliant,
very lightweight,
very lightweight,
229
614600
2616
とても従順で 軽量
10:29
and also very elastic,
230
617240
1256
しかも 弾力的です
10:30
so you can easily press it down
and it will not break.
and it will not break.
231
618520
2776
押しつけても
壊れることもなく
壊れることもなく
10:33
It will just jump, in fact.
232
621320
1456
少し跳びはねます
10:34
And this very elastic property
is also very important.
is also very important.
233
622800
2880
この弾力性がとても重要です
10:39
And you also see a bit these properties
234
627160
1896
脚の３つのパーツには
10:41
of these three segments
of the leg as pantograph.
of the leg as pantograph.
235
629080
2400
パンタグラフとしての性質が
見てとれます
見てとれます
10:44
Now, what's interesting
is that this quite dynamic gait
is that this quite dynamic gait
236
632280
2776
面白いことに
このとてもダイナミックな動きが
このとてもダイナミックな動きが
10:47
is obtained purely in open loop,
237
635080
1896
オープン・ループだけで ― つまり
10:49
meaning no sensors,
no complex feedback loops.
no complex feedback loops.
238
637000
3136
センサーも 複雑なフィードバック回路もなく
達成されていることです
達成されていることです
10:52
And that's interesting, because it means
239
640160
2416
これは興味深いことで
10:54
that just the mechanics
already stabilized this quite rapid gait,
already stabilized this quite rapid gait,
240
642600
4016
力学的な構造だけで この素早い動きを
安定化させており
安定化させており
10:58
and that really good mechanics
already basically simplify locomotion.
already basically simplify locomotion.
241
646640
4176
本当に優れた力学的構造は
基本的に動作を単純化しているのです
基本的に動作を単純化しているのです
11:02
To the extent that we can even
disturb a bit locomotion,
disturb a bit locomotion,
242
650840
3296
次のビデオでは
動作を少し乱したらどうなるか
動作を少し乱したらどうなるか
11:06
as you will see in the next video,
243
654160
1656
ご覧いただきましょう
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
一例として
ロボットが段差を降りていく練習ですが
ロボットが段差を降りていく練習ですが
11:11
and the robot will not fall over,
245
659760
1616
ロボットはつまずきません
11:13
which was a surprise for us.
246
661400
1576
私たちにとって これは驚きでした
11:15
This is a small perturbation.
247
663000
1416
これは ちょっとした乱れです
11:16
I was expecting the robot
to immediately fall over,
to immediately fall over,
248
664440
2416
センサーも敏速な
フィードバック回路もないので
フィードバック回路もないので
11:18
because there are no sensors,
no fast feedback loop.
no fast feedback loop.
249
666880
2436
ロボットはすぐに転ぶだろうと
思っていました
思っていました
11:21
But no, just the mechanics
stabilized the gait,
stabilized the gait,
250
669340
2196
しかし 動作は力学的に安定化されており
11:23
and the robot doesn't fall over.
251
671560
1576
ロボットは転びません
11:25
Obviously, if you make the step bigger,
and if you have obstacles,
and if you have obstacles,
252
673160
3136
もちろん 段差が大きくなったり
障害物があれば
障害物があれば
11:28
you need the full control loops
and reflexes and everything.
and reflexes and everything.
253
676320
3656
完全な制御ループ、反射行動といったものが
必要となります
必要となります
11:32
But what's important here
is that just for small perturbation,
is that just for small perturbation,
254
680000
2936
ここで重要なことは
小さな乱れに対応するだけならば
小さな乱れに対応するだけならば
11:34
the mechanics are right.
255
682960
1496
力学的対応で十分だということです
11:36
And I think this is
a very important message
a very important message
256
684480
2096
これは生物力学、ロボット工学から
11:38
from biomechanics and robotics
to neuroscience,
to neuroscience,
257
686600
2191
神経科学までに共通した
重要なメッセージ ―
重要なメッセージ ―
11:40
saying don't underestimate to what extent
the body already helps locomotion.
the body already helps locomotion.
258
688815
4680
動作において身体自体の役割を
過小評価してはならないということです
過小評価してはならないということです
11:47
Now, how does this relate
to human locomotion?
to human locomotion?
259
695440
2160
では ヒトの動きとの関係は？
11:49
Clearly, human locomotion is more complex
than cat and salamander locomotion,
than cat and salamander locomotion,
260
697960
3640
明らかに ヒトの動きは
ネコやイモリよりも複雑ですが
ネコやイモリよりも複雑ですが
11:54
but at the same time, the nervous system
of humans is very similar
of humans is very similar
261
702360
3136
神経回路そのものは
他の脊椎動物のものと
他の脊椎動物のものと
11:57
to that of other vertebrates.
262
705520
1576
ほとんど同じです
11:59
And especially the spinal cord
263
707120
1456
特に脊髄は
12:00
is also the key controller
for locomotion in humans.
for locomotion in humans.
264
708600
2640
ヒトの動きの重要な制御を担っています
12:03
That's why, if there's a lesion
of the spinal cord,
of the spinal cord,
265
711760
2416
だから脊髄の損傷は
12:06
this has dramatic effects.
266
714200
1496
著しい障害をもたらします
12:07
The person can become
paraplegic or tetraplegic.
paraplegic or tetraplegic.
267
715720
2776
対麻痺や四肢麻痺が起きます
12:10
This is because the brain
loses this communication
loses this communication
268
718520
2376
それは 脳が脊髄との情報伝達を
12:12
with the spinal cord.
269
720920
1256
失うためです
12:14
Especially, it loses
this descending modulation
this descending modulation
270
722200
2216
詳しく言えば
変調信号を下達し
変調信号を下達し
12:16
to initiate and modulate locomotion.
271
724440
1920
動作を始めることが
出来なくなるのです
出来なくなるのです
12:19
So a big goal of neuroprosthetics
272
727640
1696
神経機能代替装置の目的は
12:21
is to be able to reactivate
that communication
that communication
273
729360
2376
電気的 もしくは 化学的刺激により
12:23
using electrical or chemical stimulations.
274
731760
2440
情報伝達を再活性化することです
12:26
And there are several teams
in the world that do exactly that,
in the world that do exactly that,
275
734840
2936
EPFL( スイス連邦工科大学
ローザンヌ校)など 世界中の
ローザンヌ校)など 世界中の
12:29
especially at EPFL.
276
737800
1216
いくつかのチームが研究しています
12:31
My colleagues Grégoire Courtine
and Silvestro Micera,
and Silvestro Micera,
277
739040
2496
私はグレゴワー・コクティンや
シルベストロ・ミチャーと
シルベストロ・ミチャーと
12:33
with whom I collaborate.
278
741560
1240
共同で研究を進めています
12:35
But to do this properly,
it's very important to understand
it's very important to understand
279
743960
3096
正しい方法で研究するために
大切なことは
大切なことは
12:39
how the spinal cord works,
280
747080
1736
脊髄の仕組み
12:40
how it interacts with the body,
281
748840
1696
脊髄と身体の相互作用
12:42
and how the brain
communicates with the spinal cord.
communicates with the spinal cord.
282
750560
2480
脳が脊髄と情報伝達する仕組みを
理解することです
理解することです
12:45
This is where the robots
and models that I've presented today
and models that I've presented today
283
753800
2896
今日ご紹介した
ロボットやモデルが
ロボットやモデルが
12:48
will hopefully play a key role
284
756720
1896
この重要な目的達成において
12:50
towards these very important goals.
285
758640
2656
鍵となる役目を果たすことを願っています
12:53
Thank you.
286
761320
1216
有難うございました
12:54
(Applause)
287
762560
4560
（拍手）
13:04
Bruno Giussani: Auke, I've seen
in your lab other robots
in your lab other robots
288
772100
2636
ブルーノ・ジュサーニ：
アウケ あなたの研究室で
アウケ あなたの研究室で
13:06
that do things like swim in pollution
289
774760
2456
汚染された水の中を泳ぎ
13:09
and measure the pollution while they swim.
290
777240
2456
汚染度を測定するロボットを
目にしました
目にしました
13:11
But for this one,
291
779720
1216
でも このロボットは
13:12
you mentioned in your talk,
like a side project,
like a side project,
292
780960
3480
捜索や救出に応用できると
あなたはトークで
あなたはトークで
13:17
search and rescue,
293
785640
1216
お話になりました
13:18
and it does have a camera on its nose.
294
786880
2176
事実 鼻にカメラが取り付けられています
13:21
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot --
295
789080
2496
アウケ・エイスペールト：
全くその通りです
全くその通りです
13:23
We have some spin-off projects
296
791600
1429
副産物的なプロジェクトで
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
ロボットを捜索や救出のための調査に
使おうとしています
使おうとしています
13:28
so this robot is now seeing you.
298
796520
1576
今ロボットがあなたを見ています
13:30
And the big dream is to,
if you have a difficult situation
if you have a difficult situation
299
798120
3176
私の夢は
皆さんが危機に遭遇しているとき ―
皆さんが危機に遭遇しているとき ―
13:33
like a collapsed building
or a building that is flooded,
or a building that is flooded,
300
801320
3616
崩壊したビルや
浸水したビルの中など
浸水したビルの中など
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
レスキュー隊やレスキュー犬にとってさえも
危険な場所に
危険な場所に
13:40
why not send in a robot
that can crawl around, swim, walk,
that can crawl around, swim, walk,
302
808320
2896
ロボットを送り込み
はって進み、泳ぎ、歩き
はって進み、泳ぎ、歩き
13:43
with a camera onboard
to do inspection and identify survivors
to do inspection and identify survivors
303
811240
3176
搭載したカメラで中を調べ
生存者を見つけ
生存者を見つけ
13:46
and possibly create
a communication link with the survivor.
a communication link with the survivor.
304
814440
2776
しかも生存者との通信を
可能にさせることです
可能にさせることです
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
ブルーノ：生存者がこの姿を見て
恐れをなさなければいいですね
恐れをなさなければいいですね
13:52
AI: Yeah, we should probably
change the appearance quite a bit,
change the appearance quite a bit,
306
820840
3296
アウケ：外見はちょっと
変えるべきかもしれませんね
変えるべきかもしれませんね
13:56
because here I guess a survivor
might die of a heart attack
might die of a heart attack
307
824160
2816
食べられてしまうんではないかと
恐怖におののき
恐怖におののき
13:59
just of being worried
that this would feed on you.
that this would feed on you.
308
827000
2536
心臓まひで亡くなってしまうかも
しれませんからね
しれませんからね
14:01
But by changing the appearance
and it making it more robust,
and it making it more robust,
309
829560
2856
でも 外見を変え
もっとしっかりしたものを作れば
もっとしっかりしたものを作れば
14:04
I'm sure we can make
a good tool out of it.
a good tool out of it.
310
832440
2056
きっと便利なツールに
仕上がることでしょう
仕上がることでしょう
14:06
BG: Thank you very much.
Thank you and your team.
Thank you and your team.
311
834520
2286
ブルーノ：チームの皆さんも含め
どうも有難うございました
どうも有難うございました
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