This is Pleurobot. Pleurobot is a robot that we designed to closely mimic a salamander species called Pleurodeles waltl. Pleurobot can walk, as you can see here, and as you'll see later, it can also swim.
이것은 플로로봇(Pleurobot)입니다. 플로로봇은 이베리아영원 (Pleurodeles waltl)이라는 도롱뇽을 근접하게 모사하도록 저희가 설계한 로봇입니다. 보시다시피 플로로봇은 걸을 수 있고, 나중에 보시겠지만 수영도 할 수 있습니다.
So you might ask, why did we design this robot? And in fact, this robot has been designed as a scientific tool for neuroscience. Indeed, we designed it together with neurobiologists to understand how animals move, and especially how the spinal cord controls locomotion. But the more I work in biorobotics, the more I'm really impressed by animal locomotion. If you think of a dolphin swimming or a cat running or jumping around, or even us as humans, when you go jogging or play tennis, we do amazing things. And in fact, our nervous system solves a very, very complex control problem. It has to coordinate more or less 200 muscles perfectly, because if the coordination is bad, we fall over or we do bad locomotion. And my goal is to understand how this works.
이 로봇을 왜 설계했는지 궁금하실 수도 있을 겁니다. 사실, 이 로봇은 신경 과학 연구에 사용될 과학적 도구로 설계되었습니다. 실제로 저희는 이 로봇을 신경과학자들과 함께 설계했습니다. 동물이 어떻게 움직이는지, 특히 어떻게 척수가 보행을 제어하는지를 이해하는 것이 목표였습니다. 그런데 생체 기계 분야에서 일하면 할수록 저는 갈수록 동물의 보행에 깊은 인상을 받게 되었습니다. 헤엄치는 돌고래, 혹은 달리거나 뛰어오르는 고양이, 혹은 우리들 사람의 운동도 그렇습니다. 가볍게 뛰거나 테니스를 치는 동작 등을 생각해보면 우리는 놀라운 일을 하고 있는 겁니다. 실제로 우리의 신경계는 매우 복잡한 제어 문제를 풀어내고 있습니다. 약 200개의 근육을 완벽하게 조정해야 합니다. 그렇지 않다면 우리는 넘어지거나 잘 걷지 못하게 되겠죠. 저의 목표는 그것이 어떻게 작동하는지를 이해하는 것입니다.
There are four main components behind animal locomotion. The first component is just the body, and in fact we should never underestimate to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals. Then you have the spinal cord, and in the spinal cord you find reflexes, multiple reflexes that create a sensorimotor coordination loop between neural activity in the spinal cord and mechanical activity. A third component are central pattern generators. These are very interesting circuits in the spinal cord of vertebrate animals that can generate, by themselves, very coordinated rhythmic patterns of activity while receiving only very simple input signals. And these input signals coming from descending modulation from higher parts of the brain, like the motor cortex, the cerebellum, the basal ganglia, will all modulate activity of the spinal cord while we do locomotion. But what's interesting is to what extent just a low-level component, the spinal cord, together with the body, already solve a big part of the locomotion problem. You probably know it by the fact that you can cut the head off a chicken, it can still run for a while, showing that just the lower part, spinal cord and body, already solve a big part of locomotion.
동물의 보행에는 네 가지 기본적인 요소가 있습니다. 첫 번째 요소는 몸입니다. 사실 생체 역학의 선행 연구에서 이미 동물의 보행을 어느 정도까지 단순화시켰는지를 절대로 과소평가해서는 안 됩니다. 두번째 요소는 우리 몸 속에 있는 척수입니다. 이 척수에서 반사가 일어납니다. 여기서 일어나는 다수의 반사가 감각운동 조정 회로를 구성합니다. 척수의 신경 활동과 몸의 기계적 작용 사이를 조정하는 회로죠. 세 번째 요소는 이 척수 내에 있는 중추 패턴 발생기(CPG)입니다. 척추 동물의 척수에 있는 매우 흥미로운 회로인데, 이 회로는 자체적으로 동작을 잘 조직화해서 규칙적인 동작 패턴을 만들어낼 수 있습니다. 매우 단순한 입력 신호만 받아서요. 마지막 요소는 이런 입력 신호들인데, 뇌의 운동피질, 소뇌, 기저핵 등의 뇌의 상위부분에서 하행조정으로 내려오는 신호를 말하며, 이 신호들은 우리가 보행하는 동안에 척수의 활동을 조절합니다. 그런데 흥미로운 점은 낮은 단계의 요소들인 척수와 몸만으로도 보행 문제의 얼마나 큰 부분을 이미 해결할 수 있는가 하는 점입니다. 아마도 여러분은 닭의 머리를 잘라도 얼마간은 달릴 수 있다는 점을 아실 수도 있을 겁니다. 하위 부분, 그러니까 척수와 몸만으로도 보행의 큰 부분을 해결할 수 있다는 뜻이죠.
Now, understanding how this works is very complex, because first of all, recording activity in the spinal cord is very difficult. It's much easier to implant electrodes in the motor cortex than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae. Especially in humans, very hard to do. A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex and very dynamic interaction between these four components. So it's very hard to find out what's the role of each over time. This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models can really help.
이들이 어떻게 작용하는지를 알기는 매우 복잡한데 왜냐하면 우선 척수의 활동을 기록하는 것이 매우 어렵기 때문입니다. 운동 피질에 전극을 심는 것이 척수에 심는 것 보다 훨씬 쉬운데 척추가 척수를 감싸고 보호하고 있기 때문입니다. 사람에게는 특히 더 어렵죠. 두 번째 어려움은 보행이 앞서 말씀드린 네 가지 요소 사이의 정말이지 매우 복잡하고 동적인 관계에 의존하기 때문입니다. 그래서 매 순간에 각 요소가 무슨 역할을 하는지 알아내기가 어렵습니다. 이 점이 플로로봇 같은 생체 기계와 수학적 모델이 기여할 수 있는 부분입니다.
So what's biorobotics? Biorobotics is a very active field of research in robotics where people want to take inspiration from animals to make robots to go outdoors, like service robots or search and rescue robots or field robots. And the big goal here is to take inspiration from animals to make robots that can handle complex terrain -- stairs, mountains, forests, places where robots still have difficulties and where animals can do a much better job. The robot can be a wonderful scientific tool as well. There are some very nice projects where robots are used, like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics. And this is exactly the purpose of Pleurobot. So what we do in my lab is to collaborate with neurobiologists like Jean-Marie Cabelguen, a neurobiologist in Bordeaux in France, and we want to make spinal cord models and validate them on robots. And here we want to start simple.
그렇다면 생체 기계는 무엇일까요? 생체 기계는 로봇 공학에서 매우 연구가 활발한 분야입니다. 사람들은 동물에 착안해서 실외에서 사용할 수 있는 로봇을 만드는 연구를 하고 있습니다. 예를 들어 서비스 로봇이나 수색 및 구조 로봇, 야외용 로봇 등이 있습니다. 이 분야의 큰 목표는 동물에 착안해서 복잡한 지형에 대처할 수 있는 로봇을 만드는 것입니다. 계단이나 산, 숲 등이요. 기존의 로봇들이 잘 대처하지 못하지만 동물들은 훨씬 잘 대처할 수 있는 장소들입니다. 또한 로봇은 훌륭한 과학적 도구가 될 수 있습니다. 로봇이 사용되는 멋진 프로젝트가 몇 가지 있는데 신경과학이나 생체역학, 유체역학 등에 과학적 도구로 이용할 수 있죠. 그리고 그것이 바로 플로로봇의 목적입니다. 연구실에서 저희가 하는 일은 프랑스 보르도의 진-마리 카벨겐 같은 신경과학자들과 협력해서 척수에 대한 모델을 만들고 이를 로봇을 통해 입증하는 것입니다. 저희는 간단한 것에서 시작하고자 했습니다.
So it's good to start with simple animals like lampreys, which are very primitive fish, and then gradually go toward more complex locomotion, like in salamanders, but also in cats and in humans, in mammals. And here, a robot becomes an interesting tool to validate our models. And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true. Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer making simulations of lamprey and salamander locomotion during my PhD. But I always knew that my simulations were just approximations. Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground, it's very hard to simulate that properly on a computer. Why not have a real robot and real physics? So among all these animals, one of my favorites is the salamander. You might ask why, and it's because as an amphibian, it's a really key animal from an evolutionary point of view. It makes a wonderful link between swimming, as you find it in eels or fish, and quadruped locomotion, as you see in mammals, in cats and humans. And in fact, the modern salamander is very close to the first terrestrial vertebrate, so it's almost a living fossil, which gives us access to our ancestor, the ancestor to all terrestrial tetrapods.
매우 원시적인 물고기인 칠성장어 등 단순한 동물에서 시작하는 것이 좋죠. 그리고 점차 보다 복잡한 운동, 도롱뇽의 보행이나 고양이와 사람 등 포유류의 보행 등으로 발전시키는 겁니다. 여기서 로봇은 저희 모델을 입증하기 위한 흥미로운 도구가 될 수 있습니다. 실은 저에게 플로로봇은 꿈을 실현시킨 것이기도 합니다. 그러니까, 20년도 더 전부터 저는 컴퓨터를 이용해서 칠성장어와 도롱뇽의 움직임을 시뮬레이션하는 연구를 하고 있었습니다. 그때는 박사 과정 중이었죠. 하지만 저는 저의 시뮬레이션이 단지 근사일 뿐임을 알고있었습니다. 예를 들어 물이나 진흙, 복잡한 지표면에 대한 물리 시뮬레이션은 컴퓨터에 바르게 구현하기가 매우 어렵습니다. 그렇다면 실제 로봇과 실제 물리학을 사용하면 되지 않을까요? 여러 동물 중에서 제가 좋아하는 동물 하나가 도롱뇽입니다. 왜인지 궁금하실 텐데요, 그 이유는 도롱뇽이 속한 양서류가 진화의 관점에서 매우 핵심적인 위치를 차지하기 때문입니다. 이들은 훌륭한 연결 고리가 되어 줍니다. 뱀장어나 물고기가 물에서 헤엄치는 것과 고양이나 사람 등 포유류가 사족 보행하는 것 사이의 연결 고리죠. 실제로 현 시대의 도롱뇽은 최초로 육지에 나왔던 척추 동물과 매우 유사합니다. 살아있는 화석이라고 할 수 있을 정도죠. 우리의 조상, 육지에 사는 모든 사족 동물들의 조상에 이르는 길을 보여줍니다.
So the salamander swims by doing what's called an anguilliform swimming gait, so they propagate a nice traveling wave of muscle activity from head to tail. And if you place the salamander on the ground, it switches to what's called a walking trot gait. In this case, you have nice periodic activation of the limbs which are very nicely coordinated with this standing wave undulation of the body, and that's exactly the gait that you are seeing here on Pleurobot. Now, one thing which is very surprising and fascinating in fact is the fact that all this can be generated just by the spinal cord and the body. So if you take a decerebrated salamander -- it's not so nice but you remove the head -- and if you electrically stimulate the spinal cord, at low level of stimulation this will induce a walking-like gait. If you stimulate a bit more, the gait accelerates. And at some point, there's a threshold, and automatically, the animal switches to swimming. This is amazing. Just changing the global drive, as if you are pressing the gas pedal of descending modulation to your spinal cord, makes a complete switch between two very different gaits. And in fact, the same has been observed in cats. If you stimulate the spinal cord of a cat, you can switch between walk, trot and gallop. Or in birds, you can make a bird switch between walking, at a low level of stimulation, and flapping its wings at high-level stimulation. And this really shows that the spinal cord is a very sophisticated locomotion controller.
도롱뇽이 헤엄치는 방법은 뱀장어 형태의 헤엄이라 불립니다. 머리에서 꼬리에 이르는 근육이 진행하는 파동처럼 활성화됩니다. 도롱뇽을 땅에 내려놓으면 빠른 걸음으로 걷는 형태의 보행으로 바뀝니다. 이 경우 도롱뇽의 다리는 아주 주기적으로 운동하는데 이 운동이 매우 잘 조정되고 있으며, 몸은 정상파 형태의 파동을 그리는 것을 알 수 있습니다. 플로로봇에 구현된 보행과 같죠. 무척 놀라우면서 흥미로운 사실 하나는 이 모든 움직임이 단지 척수와 몸만으로 가능하다는 점입니다. 만약 도롱뇽의 대뇌를 제거한다면 - 못된 일이지만, 도롱뇽의 머리를 제거하면 말입니다 - 척수에 전기 자극을 주었을 때 자극이 낮을 때는 걷는 동작을 유발하게 되고, 조금 더 강하게 자극하면 가속 보행을 유발합니다. 어느 순간, 기준이 되는 점을 지나면 자동적으로 이 동물은 헤엄을 치기 시작합니다. 정말 놀라운 일입니다. 그저 전체적인 구동을 바꿈으로써, 그러니까 마치 가속 페달을 밟듯 척수로 내려가는 명령을 바꾸기만 하면 서로 굉장히 다른 두 가지 움직임을 오갈 수 있다는 뜻입니다. 사실, 같은 현상은 고양이에게서도 발견됩니다. 고양이의 척수를 자극하면 걷는 동작, 가볍게 뛰는 동작, 전속력 달리기 사이에서 전환할 수 있습니다. 혹은 새에게서, 낮은 정도의 자극을 주면 걷도록 할 수 있고, 높은 정도의 자극에서는 날개를 치게 할 수 있습니다. 이 모든 것을 통해서 척수가 매우 정교한 보행 제어기임을 알 수 있습니다.
So we studied salamander locomotion in more detail, and we had in fact access to a very nice X-ray video machine from Professor Martin Fischer in Jena University in Germany. And thanks to that, you really have an amazing machine to record all the bone motion in great detail. That's what we did. So we basically figured out which bones are important for us and collected their motion in 3D. And what we did is collect a whole database of motions, both on ground and in water, to really collect a whole database of motor behaviors that a real animal can do. And then our job as roboticists was to replicate that in our robot. So we did a whole optimization process to find out the right structure, where to place the motors, how to connect them together, to be able to replay these motions as well as possible. And this is how Pleurobot came to life.
그래서 저희는 도롱뇽의 보행을 더 자세히 연구했습니다. 저희는 잘 만들어진 엑스레이 영상 장비를 사용할 수 있었습니다. 독일 예나 대학의 마틴 피셔 교수님의 도움을 받았습니다. 덕분에 그 장치를 이용해서 뼈의 움직임을 매우 상세하게 기록할 수 있었습니다. 저희는 이를 통해 어떤 뼈가 저희에게 중요한지를 알아낼 수 있었고 이 뼈들의 3차원 움직임 정보를 수집할 수 있었습니다. 저희는 모든 동작에 대한 정보를 수집해 데이터 베이스를 만들었습니다. 땅 위에서와 물 속에서 모두요. 실제 동물이 할 수 있는 모든 행동에 대한 운동 정보를 수집하고자 했습니다. 그 다음 저희는 로봇 공학자로서 저희 로봇에 그것을 모사했습니다. 알맞은 구조를 알아내기 위해 여러 최적화 과정을 거쳤습니다. 모터는 어디에 둘 것인지, 각 부분을 어떻게 체결할 것인지 등을 결정했죠. 실제 움직임을 가능한 잘 재현하는 것을 목표로 했습니다. 이것이 플로로봇을 만든 과정입니다.
So let's look at how close it is to the real animal. So what you see here is almost a direct comparison between the walking of the real animal and the Pleurobot. You can see that we have almost a one-to-one exact replay of the walking gait. If you go backwards and slowly, you see it even better. But even better, we can do swimming. So for that we have a dry suit that we put all over the robot --
그러면 이제 이 로봇이 얼마나 실제 동물과 흡사한지를 보겠습니다. 여러분이 보시는것은 실제 동물과 플로로봇의 보행을 거의 직접적으로 비교한 것입니다. 거의 일대일로 상응하는 정확한 보행 모사가 이루어진 것을 확인하실 수 있습니다. 되감기해서 천천히 보시면 더 잘 보실 수 있죠. 더욱이, 이 로봇은 헤엄도 칠 수 있습니다. 그래서 저희는 방수복을 만들어서 로봇에 뒤집어씌웠습니다.
(Laughter)
(웃음)
and then we can go in water and start replaying the swimming gaits. And here, we were very happy, because this is difficult to do. The physics of interaction are complex. Our robot is much bigger than a small animal, so we had to do what's called dynamic scaling of the frequencies to make sure we had the same interaction physics. But you see at the end, we have a very close match, and we were very, very happy with this. So let's go to the spinal cord. So here what we did with Jean-Marie Cabelguen is model the spinal cord circuits. And what's interesting is that the salamander has kept a very primitive circuit, which is very similar to the one we find in the lamprey, this primitive eel-like fish, and it looks like during evolution, new neural oscillators have been added to control the limbs, to do the leg locomotion. And we know where these neural oscillators are but what we did was to make a mathematical model to see how they should be coupled to allow this transition between the two very different gaits. And we tested that on board of a robot.
방수복을 입힌 채 물에 넣으면 헤엄을 재현해볼 수 있습니다. 매우 어려운 일을 해낸 것이어서 저희는 정말로 기쁘게 생각합니다. 물체와 주변 사이의 상호 작용에 연관된 물리학은 매우 복잡합니다. 작은 동물에 비해서 저희 로봇이 꽤 크기 때문에 동적 주파수 조정이라는 과정을 통하여 상호 작용의 물리적 특성이 동일하도록 했습니다. 보시다시피 끝내는 아주 근접한 대응 관계를 만들어낼 수 있었습니다. 이에 대해 매우 기뻤죠. 그럼 이제 척수에 대해 알아보겠습니다. 저희가 진-마리 카벨겐과 함께 한 것은 척수의 회로를 모델링하는 연구였습니다. 흥미로운 점은 도롱뇽이 여전히 매우 원시적인 회로를 유지하고 있다는 점입니다. 장어 종류의 원시 물고기인 칠성 장어와 흡사한 회로죠. 그리고 진화 과정에서 보행을 위해 다리를 제어하는 새로운 신경 진동자가 추가된 것으로 보입니다. 이러한 신경 진동자가 있다는 것은 이미 알려져있지만 저희가 한 일은 수학적 모델을 만들어서 이들이 어떻게 결합되어야 두 가지 매우 다른 움직임이 서로 전환될 수 있는지를 알아내는 것이었습니다. 저희는 로봇을 이용해 모델을 검증했습니다.
And this is how it looks. So what you see here is a previous version of Pleurobot that's completely controlled by our spinal cord model programmed on board of the robot. And the only thing we do is send to the robot through a remote control the two descending signals it normally should receive from the upper part of the brain. And what's interesting is, by playing with these signals, we can completely control speed, heading and type of gait. For instance, when we stimulate at a low level, we have the walking gait, and at some point, if we stimulate a lot, very rapidly it switches to the swimming gait. And finally, we can also do turning very nicely by just stimulating more one side of the spinal cord than the other. And I think it's really beautiful how nature has distributed control to really give a lot of responsibility to the spinal cord so that the upper part of the brain doesn't need to worry about every muscle. It just has to worry about this high-level modulation, and it's really the job of the spinal cord to coordinate all the muscles.
저희가 만든 로봇은 이와 같습니다. 지금 보시는 것은 플로로봇의 예전 버전입니다. 로봇 보드에 프로그램된 저희의 척수 모델에 의해서 완전히 제어되고 있습니다. 저희가 한 것은 다만 원격 조종을 통해 로봇에게 두 가지 신호를 보낸 것입니다. 원래라면 뇌의 상위 부분에서 내려왔을 신호죠. 흥미로운 점은, 이러한 신호를 이용해서 보행의 속도, 방향, 종류를 모두 제어할 수 있다는 점입니다. 예를 들어 낮은 정도의 자극을 가하면 보행이 나타납니다. 어느 순간 자극을 증가시키다 보면 로봇은 헤엄치는 동작으로 빠르게 움직임을 전환합니다. 또한 방향 전환도 잘 할 수 있는데 이를 위해 척수의 한쪽을 다른 쪽보다 더 자극하기만 하면 됩니다. 자연이 어떻게 몸의 제어를 분산했는지를 생각하면 몹시 아름답다는 생각이 듭니다. 제어를 분산해서 척수가 많은 역할을 맡도록 하고, 따라서 뇌의 상위 부분이 근육 하나하나에 신경쓸 필요가 없게 됩니다. 고차원적인 조정만을 신경쓰면 되고, 모든 근육을 조정하는 것은 척수의 역할이 됩니다.
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics. So this is another project where we studied cat biomechanics, and we wanted to see how much the morphology helps locomotion. And we found three important criteria in the properties, basically, of the limbs. The first one is that a cat limb more or less looks like a pantograph-like structure. So a pantograph is a mechanical structure which keeps the upper segment and the lower segments always parallel. So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit the internal movement of the segments. A second property of cat limbs is that they are very lightweight. Most of the muscles are in the trunk, which is a good idea, because then the limbs have low inertia and can be moved very rapidly. The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb, so to handle impacts and forces. And this is how we designed Cheetah-Cub.
이제 고양이의 보행과 생체 역학의 중요성에 대해 살펴보겠습니다. 다른 프로젝트를 소개해 드리겠습니다. 고양이의 생체 역학을 연구해서 형태학이 보행에 얼마나 도움을 주는지 알아보려는 연구입니다. 저희는 다리에 관한 세 가지 중요한 특성을 찾아냈습니다. 첫 번째는 고양이의 다리가 거의 팬터그래프와 흡사한 구조를 가진다는 점입니다. 팬터그래프는 기계적 구조로, 위쪽 분절과 아래쪽 분절이 항상 평행하게 유지됩니다. 그러니까 각 분절의 내부 움직임을 잘 조절해 주는 간단한 기하학적 시스템입니다. 고양이 다리의 두 번째 특성은 매우 가볍다는 점입니다. 대부분의 근육은 몸통에 있는데, 다리의 관성을 줄임으로써 빠르게 움직일 수 있다는 점에서 훌륭한 구조입니다. 마지막 중요한 특성은 고양이 다리가 매우 탄성 있는 특성이 있어서 충격과 힘에 대처할 수 있다는 점입니다. 이 방법으로 저희는 치타-커브를 설계했습니다.
So let's invite Cheetah-Cub onstage. So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot, and as you see, it's a cute little robot. It looks a bit like a toy, but it was really used as a scientific tool to investigate these properties of the legs of the cat. So you see, it's very compliant, very lightweight, and also very elastic, so you can easily press it down and it will not break. It will just jump, in fact. And this very elastic property is also very important. And you also see a bit these properties of these three segments of the leg as pantograph.
치타-커브를 무대로 불러 봅시다. 이 학생은 이 로봇으로 박사 연구를 하고 있는 피터 에케르트입니다. 보시다시피 귀엽고 작은 로봇입니다. 꼭 장난감 같아 보이기도 하지만 실제로 과학적 도구로써 고양이 다리의 움직임을 연구하는 데에 사용되었습니다. 보시다시피 유연하고 가벼우며 탄성이 강합니다. 그래서 쉽게 누를 수 있지만 망가지지 않습니다. 사실은 그저 뛰어오르죠. 이런 강한 탄성은 매우 중요한 특성입니다. 그리고 다리의 세 분절이 팬터그래프 역할을 하는 특성도 확인하실 수 있습니다.
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait is obtained purely in open loop, meaning no sensors, no complex feedback loops. And that's interesting, because it means that just the mechanics already stabilized this quite rapid gait, and that really good mechanics already basically simplify locomotion. To the extent that we can even disturb a bit locomotion, as you will see in the next video, where we can for instance do some exercise where we have the robot go down a step, and the robot will not fall over, which was a surprise for us. This is a small perturbation. I was expecting the robot to immediately fall over, because there are no sensors, no fast feedback loop. But no, just the mechanics stabilized the gait, and the robot doesn't fall over. Obviously, if you make the step bigger, and if you have obstacles, you need the full control loops and reflexes and everything. But what's important here is that just for small perturbation, the mechanics are right. And I think this is a very important message from biomechanics and robotics to neuroscience, saying don't underestimate to what extent the body already helps locomotion.
여기서 흥미로운 점은, 이 로봇의 꽤 역동적인 보행이 개회로를 통해 제어된다는 사실입니다. 센서 없이, 복잡한 피드백 회로 없이 제어가 이루어진다는 뜻입니다. 이 점이 흥미로운데, 기구학적 구조만으로 꽤 빠른 보행에서의 안정성을 확보할 수 있다는 뜻이기 때문입니다. 그리고 그러한 구조가 이미 보행을 단순화하고 있다는 뜻입니다. 심지어 보행에 약간의 외란을 가할 수도 있습니다. 다음 영상에서 보실 텐데, 예를 들어 턱을 내려가는 로봇의 예시를 볼 수 있습니다. 이 상황에서 로봇이 넘어지지 않는데, 저희에게는 놀라운 결과였죠. 평지 보행과 비교하면 작은 차이지만 저는 로봇이 즉시 균형을 잃을 것이라고 예상했습니다. 왜냐하면 센서도 없고 빠른 피드백 회로도 없는 로봇이니까요. 하지만 아니었습니다. 기구학적 구조만으로 안정된 보행을 얻었고 로봇은 균형을 잃지 않았습니다. 물론 턱이 더 커지거나 장애물이 있다면 완전한 제어 회로와 반사 반응 등 모든 것이 있어야 합니다. 하지만 여기서 중요한 것은, 작은 변화에 대해서는 기구학적 구조만으로도 충분히 대처할 수 있다는 점입니다. 저는 이것이 생체역학과 로봇공학에서 신경과학 분야에 전달할 수 있는 중요한 메시지라고 생각합니다. 몸 자체가 보행에 얼마나 큰 역할을 하는지 과소평가해서는 안 된다는 거죠.
Now, how does this relate to human locomotion? Clearly, human locomotion is more complex than cat and salamander locomotion, but at the same time, the nervous system of humans is very similar to that of other vertebrates. And especially the spinal cord is also the key controller for locomotion in humans. That's why, if there's a lesion of the spinal cord, this has dramatic effects. The person can become paraplegic or tetraplegic. This is because the brain loses this communication with the spinal cord. Especially, it loses this descending modulation to initiate and modulate locomotion. So a big goal of neuroprosthetics is to be able to reactivate that communication using electrical or chemical stimulations. And there are several teams in the world that do exactly that, especially at EPFL. My colleagues Grégoire Courtine and Silvestro Micera, with whom I collaborate.
그렇다면 이것이 사람의 보행과는 어떤 관계가 있을까요? 사람의 보행은 명백히 고양이나 도롱뇽의 보행보다 복잡합니다. 하지만 동시에, 사람의 신경계는 다른 척추 동물의 신경계와 매우 유사합니다. 특히 척수는 사람의 보행에서도 주요한 제어기입니다. 그것이 바로 척수에 손상이 있을 때 심각한 결과가 나타나는 이유입니다. 척수에 손상을 입은 사람은 하반신이나 사지 마비 증상을 겪을 수도 있습니다. 이것은 뇌가 척수와 서로 신호를 전달할 수 없게 되었기 때문입니다. 특히, 보행을 시작하고 조정하게 하는 신호를 뇌에서 전달할 수 없게 됩니다. 그래서 신경 과학의 큰 목표 중 하나는 전기적이나 화학적 자극을 통하여 이러한 신호를 다시 주고받을 수 있도록 하는 겁니다. 세계에는 바로 그 연구를 진행하고 있는 팀이 몇 있고 특히 로잔 공과대학에서는 저와 공동 연구를 하고 있는 동료 그레그와르 쿠르틴과 실베스트로 미세라가 연구하고 있습니다.
But to do this properly, it's very important to understand how the spinal cord works, how it interacts with the body, and how the brain communicates with the spinal cord. This is where the robots and models that I've presented today will hopefully play a key role towards these very important goals.
하지만 이 일을 제대로 해내기 위해서는 척수가 어떻게 기능하는지, 몸과는 어떻게 상호작용하는지, 뇌는 어떻게 척수와 신호를 주고받는지 등에 관하여 잘 이해해야 합니다. 이 점이 오늘 제가 말씀드린 로봇과 모델이 그러한 중요한 목표를 향해 가는 데에 중요한 역할을 하리라고 기대되는 부분입니다.
Thank you.
감사합니다.
(Applause)
(박수)
Bruno Giussani: Auke, I've seen in your lab other robots that do things like swim in pollution and measure the pollution while they swim. But for this one, you mentioned in your talk, like a side project, search and rescue, and it does have a camera on its nose.
브루노 기사니: 아우케, 당신의 연구실에서 만든 다른 로봇을 봤는데 오염된 물에서 헤엄치면서 오염의 정도를 측정하더군요. 그런데 이 로봇에 대해서는, 아까 강연에서 부차적인 프로젝트로 수색과 구조에 대해 언급하셨죠. 그리고 이 로봇은 코에 카메라가 달려있네요.
Auke Ijspeert: Absolutely. So the robot -- We have some spin-off projects where we would like to use the robots to do search and rescue inspection, so this robot is now seeing you. And the big dream is to, if you have a difficult situation like a collapsed building or a building that is flooded, and this is very dangerous for a rescue team or even rescue dogs, why not send in a robot that can crawl around, swim, walk, with a camera onboard to do inspection and identify survivors and possibly create a communication link with the survivor.
아우케 이스페에르트: 맞습니다. 그러니까 이 로봇과 관련해 일종의 파생 프로젝트가 있는데, 이 로봇을 이용해 탐색과 구조, 조사 작업을 하려는 프로젝트입니다. 지금 로봇이 여러분을 보고 있죠. 큰 목표로는, 만약 누군가 어려운 상황에 처해있다면 그러니까 예를 들어 무너지거나 물에 잠긴 건물에 있다고 하면 구조 팀이나 구조견에게도 몹시 위험한 상황이거든요. 그렇다면 기어가고 헤엄치며, 걸을 수 있는 로봇을 보내서 장착된 카메라로 상황을 살펴보고 생존자를 식별할 수도 있지 않을까요? 그리고 어쩌면 생존자와 통신할 수도 있겠죠.
BG: Of course, assuming the survivors don't get scared by the shape of this.
브루노: 물론입니다. 생존자가 로봇의 모양새에 겁먹지만 않는다면요.
AI: Yeah, we should probably change the appearance quite a bit, because here I guess a survivor might die of a heart attack just of being worried that this would feed on you. But by changing the appearance and it making it more robust, I'm sure we can make a good tool out of it.
아우케: 네, 아마도 모양을 조금 바꾸는 것이 좋을 것 같습니다. 이 로봇이 자신을 잡아먹을까봐 겁을 먹은 생존자가 심장 마비로 죽을 수도 있으니까요 하지만 모양을 조금 바꾸고 더 견고하게 만든다면 이를 훌륭하게 사용할 수 있을 것이라고 확신합니다.
BG: Thank you very much. Thank you and your team.
브루노: 감사합니다. 교수님과 팀 모두에게 감사드립니다.