Bu Pleurobot.
Pleurobot, Pleurodeles waltl isimli
semender ırkına çok benzeyecek şekilde
tasarladığımız bir robottur.
Burada gördüğünüz gibi
Pleurobot yürüyebiliyor
ve ileride göreceğiniz gibi
aynı zamanda yüzüyor.
Bu robotu neden
tasarladığımızı sorabilirsiniz.
Aslında bu robot sinirbilimi
için bilimsel bir araç olarak tasarlandı.
Aslında, bu robotu
sinirbilimcilerle birlikte tasarladık.
Hayvanların nasıl hareket
ettiğini anlamak ve
özellikle omurganın, hareketi nasıl
kontrol ettiğini anlamak için tasarlandı.
Biyorobotlarla çalıştıkça
hayvanların hareketlerinden
daha çok etkileniyorum.
Bir yunusun yüzmesini, bir kedinin
koşmasını veya etrafta zıplamasını
düşünürseniz veya biz
insanlar olarak bile
koşarken veya tenis oynarken
şaşırtıcı şeyler yapıyoruz.
Sinir sistemimiz, oldukça karmaşık
olan bir kontrol problemini çözüyor.
Neredeyse 200'e yakın kası kusursuz
bir şekilde koordine etmek zorunda.
Çünkü, eğer koordinasyon kötü olursa
düşer veya kötü bir hareket yapmış oluruz.
Ve benim amacım bunun
nasıl çalıştığını anlamak.
Hayvan hareketlerini sağlayan
dört ana bileşen vardır
Birinci bileşen hayvanlarda
hareketi
kolaylaştıran biyomekaniği
kapsayan bedendir
ve bu asla küçümsenmemelidir.
Sonra omurga
ve omurgada bulunan refleksler,
omurgadaki nöral aktivite ve
mekanik aktivite arasında
sensorimotor kordinasyon döngüsünü
yaratan çoklu refleksler gelir.
Üçüncü bileşen, merkezi
desen jeneratörleridir.
Bunlar, omurgalı hayvanların
omuriliklerinde bulunan,
sadece çok basit giriş
sinyallerini alarak,
koordineli ritmik aktivite
desenleri yaratabilen
çok ilginç devrelerdir.
Ve bu giriş sinyalleri,
beynin üst bölümlerindeki motor
korteks, beyincik, bazal gangliyon
gibi azalan modülasyondan gelir.
Biz hareket ederken, omurilik tüm
modülasyon aktivitesini yapar.
Fakat asıl ilginç olan,
alt seviye bir bileşen,
omurilik ve vücut birlikte
hareket probleminin
büyük bir bölümünü zaten çözer.
Muhtemelen, kafası kesildiği
halde halen koşabilen
tavuk olayını biliyorsunuzdur.
Bu olay, alt bölümün, omurilik
ve vücutla birilikte,
hareketi sağladığını gösterir.
Bunun nasıl çalıştığını
anlamak çok karmaşıktır
çünkü her şeyden önce
omurilikteki kayıt aktivitesi çok zordur.
Elektrodların, motor kortekse
yerleştirilmesi, omuriliğe
yerleştirilmesinden daha kolaydır
çünkü omurga tarafından korunur.
Özellikle insanlarda,
bu çok daha zordur.
İkinci bir zorluk da, hareketin,
bu dört bileşen
arasında, çok kompleks ve
dinamik bir etkileşim olmasıdır.
Zaman içinde, her birinin
rolünü bulmak çok zordur.
Pleurobot gibi biyorobotlar ve
matematiksel modeller, bize bu noktada
yardımcı olacaktır.
Peki, biyorobotik nedir?
Biyorobotik, insanların hayvanlardan
ilham alarak, dışarı çıkabilen,
servis, araştırma, kurtarma
veya arazi robotları yapmalarını sağlayan,
robot araştırmalarının
çok önemli bir dalıdır.
Büyük hedef, hayvanlardan ilham alarak,
robotların halen zorluk yaşadığı ama
hayvanların çok iyi olduğu
merdiven, dağ, orman
gibi arazilerle
baş edebilecek robotlar yapmaktır.
Robot mükemmel bir
bilimsel araç da olabilir.
Biyomekanik veya hidromekanik
alanlarında, robotların
nörobilim için bilimsel araç gibi
kullanıldığı çok güzel projeler vardır.
Ve bu tam olarak Pleurobotun
varoluş amacıdır.
Biz laboratuvarda,
Fransa Bordeaux'dan bir
nörobiyolog olan Jean-Marie Cabelguen
gibi nörobiyologlar ile omurilik modelleri
yapmak ve onları robotlar
üzerinde doğrulamak istiyoruz.
Basitten başlamak istiyoruz.
Bu durumda, ilkel bir
balık olan bofa
gibi basit hayvanlarla
başlamak ve sonrasında
daha komplike harekete
sahip semender, kedi
ve insan gibi memelilere
doğru gitmek
daha mantıklıcadır.
Ve işte robot, bizim
modelimizi doğrulayacak
ilginç bir araç haline geliyor.
Ve aslında Pleurobot,
benim için bir hayalin
gerçeğe dönüşmesidir.
Bundan yaklaşık 20 yıl önce,
doktoram sırasında, bofa ve
semender hareketi üzerine
simülasyon yapıyordum.
Fakat her zaman simülasyonlarımın
sadece yaklaşımlar olduğunu biliyordum.
Fiziği; suda, çamurda veya
komplike arazide simüle
etmek gibi bunu da bilgisayarda
simüle etmek çok zor.
Niye gerçek robot veya
gerçek fizik olmasın?
Tüm bu hayvanlar içinde semender
en favori olanlarımdan biridir.
Niye diye sorabilirsiniz; çünkü o,
evrimsel bakış açısından,
bir amfibi olarak,
anahtar bir hayvandır.
Yılan balığı
veya balıklardaki
yüzme özelliği;
memeliler, kediler
ve insanlardaki dört ayaklı hareket
arasında mükemmel bir bağlantı kurar.
Ve aslında modern semender
ilk karasal omurgalıya çok benzer,
bu nedenle adeta yaşayan bir fosildir ve
tüm karasal omurgalıların atası olan
atalarımıza ulaşma şansını verir.
Semender kıvrılarak yüzer
gibi hareket eder ve kafadan
kuyruğa kadar olan kas
hareketlerinin dalgasını yayar.
Eğer semenderi yere koyarsanız,
tırıs yürüyüş şekline geçiş yapar.
Bu durumda bacakların güzel
koordineli hareketi ortaya çıkar
ve bu gördüğünüz tam olarak
Pleurobot'un yürüyüş şeklidir.
Şimdi çok şaşırtıcı ve aslında
büyüleyici olan şey
tüm bunların, omurilik ve vücut
tarafından yapılıyor olmasıdır.
Eğer beyni çıkarılmış,
güzel değil fakat
kafası kesilmiş bir semenderin
omuriliğine elektriksel
uyarıda bulunursanız,
uyarının alt seviyelerinde
yürüme hareketini elde edersiniz.
Biraz daha çok uyarıda
bulunursanız, yürüyüşü hızlanır.
Ve bir eşik noktasında,
hayvan otomatik olarak
yüzme hareketine geçiş yapar.
Bu inanılmazdır.
Araba sürme hareketinde
olduğu gibi, gaz pedalına basarken de
omuriliğimizin azalan modülasyonuyla,
iki çok farklı yürüyüş şekli
arasında geçiş yapmış oluruz.
Ve aslında aynı olay
kedilerde de gözlenmiştir.
Eğer kedinin omuriliğini uyarırsanız,
yürüyüş, tırıs ve koşma
arasında geçiş yapabilirsiniz.
Veya kuşlarda, uyarının alt
seviyelerinde yürüyüş,
üst seviyelerinde kanat çırpma
arasında geçiş yapabilirsiniz.
Ve bu gerçekten omuriliğin çok sofistike
bir hareket kontrolcüsü
olduğunu gösterir.
Semenderin hareketini
daha detaylı inceledik ve
Almanya'daki Jena Üniversitesinden,
Profesör Martin Fischer'in
röntgen makinasını kullanma şansımız oldu.
Bu sayede tüm kemik hareketlerini
detaylı olarak kaydedebildik.
Yaptığımız buydu.
Böylelikle hangi kemiklerin
bizim için önemli olduğunu belirledik
ve onların hareketini
3 boyutlu olarak topladık.
Hem karadaki hem de sudaki
tüm hareketleri toplayarak,
gerçek bir hayvanın
yapabileceği tüm davranışların
veritabanını oluşturduk.
Bizim görevimiz bu hareketleri
kendi robotumuza eklemekti.
Böylece biz doğru yapıyı bulabilmek için;
motorları nereye yerleştireceğimizi,
nasıl bağlıyacağımızı ve
hareketlerin mümkün olan en iyi
şekilde yapılabilmesi amacıyla,
tam bir optimizasyon işlemi yaptık.
Pleurobot işte böyle hayat buldu.
Şimdi gerçek bir hayvana
ne kadar yakın olduğuna bakalım.
Burda gördüğünüz şey,
gerçek bir hayvan ile
Pleurobot'un neredeyse
direkt karşılaştırmasıdır.
Yürüyüş şeklinin,
neredeyse birebir tekrarı
olduğunu görebilirsiniz.
Geri gidip yavaşça izlerseniz
daha iyi göreceksiniz.
Fakat bundan da iyisi biz
yüzebiliyoruz.
Bunun için robotun üstüne
giydirdiğimiz bir takım elbisemiz var.
(Gülüşmeler)
Ve sonra biz suya girebiliyoruz
ve yüzme şekilllerini tekrarlayabiliyoruz.
Ve burda biz çok mutluyuz
çünkü bunu yapmak çok zor.
Etkileşimin fiziği komplekstir.
Robotumuz küçük bir
hayvandan çok daha büyüktür.
Bu yüzden, biz aynı fiziksel
etkileşimlerden emin olmak için
frekansların değişken
ölçeklemesini yapmalıydık.
Fakat sonunda ne kadar
yaklaştığımızı ve bizim ne kadar
mutlu olduğumuzu göreceksiniz.
Haydi şimdi omuriliğe gidelim.
Buradaki Jean-Marie Cabelguen
ile modellediğimiz
omurilik devreleri.
İlginç olan, semender,
aynı yılanımsı balık olan
bofa gibi ilkel bir devreye sahip
ve öyle görünüyor ki
evrim sırasında
yeni sinirsel osilatörler
bacak hareketlerini
yapmak için eklenmişlerdir.
Biz bu sinirsel osilatörlerin
nerede olduğunu biliyoruz
fakat bizim yaptığımız;
bu birbirinden çok farklı
hareket şekilleri arasında geçişe
izin veren sinirsel osilatörlerin
nasıl çiftleştiklerini görmek için
matematiksel bir model oluşturmaktı.
Ve biz bunu bir robot
üzerinde test ettik.
Ve bu nasıl görüdüğü.
Burada gördüğünüz
Pleurobot'un
tamamen omurilik
tarafından kontrol edilen
önceki bir versiyonudur.
Bizim yaptığımız tek şey,
normalde beynin
üst bölgesinden
gelmesi gereken iki sinyali,
uzaktan kumandayla robota göndermekti.
İlginç olan şey hız, yönelim ve
hareket şeklinin tipini,
sinyallerle oynayarak
tamamen kontrol edebiliyoruz.
Örneğin,
alt seviyede uyarırsak
yürüyüş şeklini elde ederiz
ve bir noktada eğer çok fazla
ve sık uyarırsak
yüzme şekline geçiş yapar.
Ve son olarak, omuriliğin
bir tarafını diğer tarafa
göre daha fazla uyararak dönüşleri
çok güzel yapabiliyoruz.
Beynin üst bölgesinin
her bir kas hareketinden
sorumlu olması yerine,
doğanın bu işleri omuriliğe
dağıtmasını çok güzel buluyorum.
Beynin üst bölgesi sadece yüksek
seviyeli modülasyonlardan
sorumludur ve kasların koordinasyonu
gerçekten omuriliğin işidir.
O zaman şimdi kedinin hareketine
ve biomekaniğin önemine gidelim.
Bu, kedinin biomekaniğini
çalıştığımız başka bir projedir
ve biz morfolojinin
harekete ne kadar yardım
ettiğini görmek istedik.
Özelliklerde, temel olarak bacaklarda,
üç farklı kriter bulduk.
İlki, az çok pantograf yapıya
benzeyen kedi bacağıdır.
Pantograf, üst ve alt segmentleri
daima paralel tutan mekanik bir yapıdır.
Bunun gibi basit bir
geometrik sistem, segmentlerin
iç hareketlerini bir parça kontrol eder.
Kedinin bacaklarının ikinci
bir özelliği ise hafif olmalarıdır.
Kasların çoğu gövdededir.
Bu iyi bir fikirdir çünkü böylece
bacakların ataleti düşük olur
ve hızlıca hareket edebilir.
Kedi bacağının son önemli özelliği
çok esnek bir yapıda olmasıdır.
Böylece darbelere ve
dış güçlere dayanaklıdır.
Buradaki de çıta yavrusunun tasarımı.
O zaman çıta yavrusunu
sahneye davet edelim.
Bu Peter Eckert. Doktorasını
bu robot üzerine yapıyor
ve gördüğünüz gibi
o küçük sevimli bir robot.
Biraz oyuncağa benziyor
fakat kedi bacaklarının özelliklerini
incelemek için bilimsel
bir araç olarak kullanıldı.
Gördüğünüz gibi çok komplike ve hafif
ve ayrıca çok esnek.
Kolayca üzerine basabiliyorsunuz
fakat kırılmıyor.
Aslında sadece zıplıyor.
Ve bu çok esnek özellik
gerçekten çok önemli.
Pantografın bacağı gibi üç segmentli
bir bacağın özelliklerini de
görüyorsunuz.
Şimdi ilginç olan; bu oldukça
dinamik yürüyüş şekli, tamamen
açık döngü olarak elde edildi.
Yani sensörler ve komplike döngüler yok.
Ve bu ilginç. Çünkü sadece mekaniğin
bu oldukça hızlı yürüyüş şeklini
zaten sabitlediği ve iyi mekaniğin
gerçekten temel olarak hareketi
kolaylaştırdığı anlamına geliyor.
Bir ölçüde harekete
müdahale de edebiliyoruz.
Bir sonraki videoda göreceksiniz.
Örneğin biraz egzersiz yapabiliriz
veya bir basamak inmesini sağlayabiliriz.
Buna rağmen robot düşmeyecek,
ki, bu bizim için şaşırtıcıdır.
Bu küçük bir pertürbasyon.
Robotun hemen düşmesini bekliyordum
çünkü hiç sensör veya hızlı döngü yok.
Fakat hayır, sadece mekanik
yürüyüş şeklini
sabitledi ve robot düşmedi.
Belli ki, eğer adımı büyütürseniz
ve engeller varsa,
tam kontrol döngülerine ve
reflekslere ihtiyacınız var.
Fakat burada önemli olan
sadece küçük pertübrasyon için
mekaniğin kuralları doğrudur.
Ve bunun, biyomekanik ve
robotikten, nörobilime
gönderilen "vücudun harekete ne ölçüde
yardımı
olduğunu küçümseme" mesajının
çok önemli olduğunu düşünüyorum.
Şimdi bu, insan hareketiyle
nasıl ilişkili?
Açıkça, insan hareketi, kedi ve semender
hareketinden çok daha karmaşıktır.
Fakat aynı zamanda, sinir sistemi
diğer omurgalılarla çok
benzer yapıdadır.
Ve özellikle omurilik,
insan hareketlerinde anahtar
kontrolcüdür.
Bu nedenle, eğer omurilikte
bir lezyon varsa
bunun dramatik etkileri olur.
Kişi kısmi veya tam felçli olabilir.
Bu yüzden beyin omurilikle
iletişimi kaybedebilir.
Özellikle hareketi başlatan
ve devam ettiren
azalan modülasyonu kaybeder.
Nöral protezlerin amacı
elektiriksel ve kimyasal
uyarılar kullanarak
iletişimi tekrar aktif hale getirmektir.
Dünyada, özellikle EPFL'de,
tam olarak bu işle uğraşan
ekipler vardır.
Birllikte çalıştığım iş arkadaşlarım
Grégoire Courtine
ve Silvestro Micera.
Fakat bunu düzgün yapmak için,
omuriliğin nasıl çalıştığını,
vücutla nasıl etkileşimde bulunduğunu
ve beynin omurilikle
nasıl iletişim kurduğunu
anlamak çok önemlidir.
Bugün sunumunu yaptığım
modellerin, bu hedeflere ulaşmak için
anahtar bir rol üstleneceğini umuyorum.
Teşekkür ederim.
(Alkışlar)
Bruno Giussani: Auke,
laboratuvarınızda kirli su içinde
yüzen ve kirlilik seviyesini ölçen
başka robotlar görmüştüm.
Fakat bunun için
konuşmanızda, arama ve kurtarma
amaçlı yan proje olarak bahsettiniz.
Ve onun burnunda bir kamera var.
Auke Ijspeert: Kesinlikle.
Böylece robot --
Arama ve kurtarma amaçlı
robot kullanımıyla ilgili
projelerimiz var.
Bu robot şimdi sizi görüyor.
Ve asıl büyük hayal; yıkılmış veya
sel altında kalmış bir bina
düşünün. Böyle zor durumlar, kurtarma
ekipleri ve kurtarma köpekleri
için bile çok tehlikelidir.
Niye bu gibi durumlarda yürüyerek,
yüzerek gezebilen, hayatta
kalanları tespit ederek, onlarla
iletişimi sağlayabilecek
bir robot göndermeyelim.
BG: Elbette bunun şeklinin
kazazedeleri korkutmaması gerekiyor.
AI: Evet, muhtemelen görünüşünü
biraz değiştirmemiz gerekiyor.
Çünkü bir kazazede
bunun kendini yiyeceğini
düşünüp kalp krizi geçirebilir.
Fakat görünüşünü değiştirip
onu daha sağlam yaparak,
çok iyi bir araç
yaratabileceğimize eminim.
BG: Çok teşekkür ederim.
Size ve takımınıza teşekkürler.