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.