I'm an MIT professor, but I do not design buildings or computer systems. Rather, I build body parts, bionic legs that augment human walking and running.
Soy profesor en el MIT, pero no diseño edificios ni sistemas informáticos. Por el contrario, construyo partes del cuerpo, piernas biónicas que potencian la marcha humana y la carrera.
In 1982, I was in a mountain-climbing accident, and both of my legs had to be amputated due to tissue damage from frostbite. Here, you can see my legs: 24 sensors, six microprocessors and muscle-tendon-like actuators. I'm basically a bunch of nuts and bolts from the knee down. But with this advanced bionic technology, I can skip, dance and run.
En 1982 tuve un accidente de montaña, y me tuvieron que amputar las dos piernas debido al daño tisular por congelación. Aquí pueden ver mis piernas: 24 sensores, 6 microprocesadores y activadores similares a tendones musculares. Básicamente soy un montón de tuercas y tornillos de la rodilla para abajo. Pero con esta tecnología biónica avanzada, puedo saltar, bailar y correr.
(Applause)
(Aplausos)
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)
I'm a bionic man, but I'm not yet a cyborg. When I think about moving my legs, neural signals from my central nervous system pass through my nerves and activate muscles within my residual limbs. Artificial electrodes sense these signals, and small computers in the bionic limb decode my nerve pulses into my intended movement patterns. Stated simply, when I think about moving, that command is communicated to the synthetic part of my body. However, those computers can't input information into my nervous system. When I touch and move my synthetic limbs, I do not experience normal touch and movement sensations. If I were a cyborg and could feel my legs via small computers inputting information into my nervous system, it would fundamentally change, I believe, my relationship to my synthetic body. Today, I can't feel my legs, and because of that, my legs are separate tools from my mind and my body. They're not part of me. I believe that if I were a cyborg and could feel my legs, they would become part of me, part of self.
Soy un hombre biónico, pero aún no un organismo cibernético o ciborg. Cuando pienso en mover mis piernas, señales neuronales de mi sistema nervioso central pasan por mis nervios y activan los músculos dentro de mis extremidades residuales. Electrodos artificiales perciben estas señales y pequeñas computadoras en la extremidad biónica decodifican mis impulsos nerviosos en mis patrones de movimiento previstos. Dicho simplemente, cuando pienso en moverme, ese comando se comunica con la parte artificial de mi cuerpo. Sin embargo, esas computadoras no pueden meter información en mi sistema nervioso. Cuando toco y muevo mis extremidades artificiales, No experimento sensaciones normales de tacto y movimiento. Si fuera un ciborg y pudiera sentir mis piernas a través de computadoras ingresando información en mi sistema nervioso, fundamentalmente cambiaría, creo yo, mi relación con mi cuerpo sintético. Hoy no puedo sentir las piernas, A causa de eso, mis piernas son herramientas separadas de mi mente y mi cuerpo. No son parte de mí. Creo que si fuera un ciborg y pudiera sentir las piernas, se convertirían en parte de mí, parte de mi ser.
At MIT, we're thinking about NeuroEmbodied Design. In this design process, the designer designs human flesh and bone, the biological body itself, along with synthetics to enhance the bidirectional communication between the nervous system and the built world. NeuroEmbodied Design is a methodology to create cyborg function. In this design process, designers contemplate a future in which technology no longer compromises separate, lifeless tools from our minds and our bodies, a future in which technology has been carefully integrated within our nature, a world in which what is biological and what is not, what is human and what is not, what is nature and what is not will be forever blurred. That future will provide humanity new bodies. NeuroEmbodied Design will extend our nervous systems into the synthetic world, and the synthetic world into us, fundamentally changing who we are. By designing the biological body to better communicate with the built design world, humanity will end disability in this 21st century and establish the scientific and technological basis for human augmentation, extending human capability beyond innate, physiological levels, cognitively, emotionally and physically.
En el MIT estamos pensando en el Diseño NeuroEmbodied. En este proceso de diseño, el diseñador diseña carne y hueso humano, el cuerpo biológico en sí mismo, junto con sintéticos para mejorar la comunicación bidireccional entre el sistema nervioso y el mundo construido. Diseño NeuroEmbodied es una metodología para crear funciones ciborg. En este proceso de diseño, los diseñadores contemplan un futuro en el que la tecnología ya no actúa por separado, como algo sin vida apartado de mente y cuerpo, un futuro en el que la tecnología ha sido cuidadosamente integrada a nuestra naturaleza, un mundo en el que lo biológico y lo no biológico, lo humano y lo no humano, lo natural y lo no natural, será una frontera difusa para siempre. Ese futuro dará a la humanidad nuevos cuerpos. El diseño NeuroEmbodied extenderá el sistema nervioso en el mundo sintético, y el mundo sintético en nosotros, cambiando fundamentalmente quiénes somos. Al diseñar el cuerpo biológico para comunicarse mejor con el mundo del diseño construido, la humanidad pondrá fin a la discapacidad en este siglo XXI y sentará las bases científicas y tecnológicas para aumentar el potencial humano, extender las capacidades humanas más allá de los niveles fisiológicos innatos, en un nivel cognitivo, emocional y físico.
There are many ways in which to build new bodies across scale, from the biomolecular to the scale of tissues and organs. Today, I want to talk about one area of NeuroEmbodied Design, in which the body's tissues are manipulated and sculpted using surgical and regenerative processes. The current amputation paradigm hasn't changed fundamentally since the US Civil War and has grown obsolete in light of dramatic advancements in actuators, control systems and neural interfacing technologies. A major deficiency is the lack of dynamic muscle interactions for control and proprioception.
Hay muchas maneras de construir nuevos cuerpos a escala, desde lo biomolecular a la escala de tejidos y órganos. Hoy, quiero hablar de un área del diseño NeuroEmbodied, en la cual los tejidos del cuerpo son manipulados y esculpidos mediante procesos quirúrgicos y regenerativos. El paradigma actual de la amputación no ha cambiado fundamentalmente desde la Guerra Civil de EE.UU. y se ha vuelto obsoleto a la luz de los desarrollos notables en actuadores, sistemas de control y tecnologías de interfaz neuronal. Una deficiencia importante es la falta de interacciones musculares dinámicas para el control y la propiocepción.
What is proprioception? When you flex your ankle, muscles in the front of your leg contract, simultaneously stretching muscles in the back of your leg. The opposite happens when you extend your ankle. Here, muscles in the back of your leg contract, stretching muscles in the front. When these muscles flex and extend, biological sensors within the muscle tendons send information through nerves to the brain. This is how we're able to feel where our feet are without seeing them with our eyes.
¿Qué es la propiocepción? Al flexionar el tobillo, los músculos del frente de la pierna se contraen, estirando simultáneamente los músculos en la parte posterior de la pierna. Lo contrario sucede al extender el tobillo. Aquí, los músculos en la parte posterior de la pierna se contraen, estirando los músculos en el frente. Cuando estos músculos se flexionan y se extienden, unos sensores biológicos del interior de los tendones musculares envían información a través de los nervios al cerebro. Así es como podemos sentir dónde están los pies sin verlos con nuestros ojos.
The current amputation paradigm breaks these dynamic muscle relationships, and in so doing eliminates normal proprioceptive sensations. Consequently, a standard artificial limb cannot feed back information into the nervous system about where the prosthesis is in space. The patient therefore cannot sense and feel the positions and movements of the prosthetic joint without seeing it with their eyes. My legs were amputated using this Civil War-era methodology. I can feel my feet, I can feel them right now as a phantom awareness. But when I try to move them, I cannot. It feels like they're stuck inside rigid ski boots.
El paradigma de la amputación actual rompe estas dinámicas relaciones musculares, y, al hacerlo, elimina las sensaciones propioceptivas normales. En consecuencia, una extremidad artificial estándar no puede retroalimentar la información al sistema nervioso sobre dónde está la prótesis en el espacio. El paciente, por lo tanto, no puede sentir ni sentir las posiciones y movimientos de la articulación ortopédica sin verlo con sus ojos. Mis piernas fueron amputadas usando esta metodología de la época de la Guerra Civil. Puedo sentir mis pies, puedo sentirlos ahora como una conciencia fantasma. Pero cuando intento moverlos, no puedo. Se siente como si estuvieran atrapados dentro de botas de esquí rígidas.
To solve these problems, at MIT, we invented the agonist-antagonist myoneural interface, or AMI, for short. The AMI is a method to connect nerves within the residuum to an external, bionic prosthesis. How is the AMI designed, and how does it work? The AMI comprises two muscles that are surgically connected, an agonist linked to an antagonist. When the agonist contracts upon electrical activation, it stretches the antagonist. This muscle dynamic interaction causes biological sensors within the muscle tendon to send information through the nerve to the central nervous system, relating information on the muscle tendon's length, speed and force. This is how muscle tendon proprioception works, and it's the primary way we, as humans, can feel and sense the positions, movements and forces on our limbs.
Para resolver estos problemas, en MIT, inventamos la Interfaz Mioneural Agonista-antagonista, o IMA, para abreviar. El IMA es un método para conectar los nervios dentro del residuo a una prótesis externa, biónica. ¿Cómo se diseña la interfaz IMA y cómo funciona? La IMA comprende dos músculos que están conectados quirúrgicamente, un agonista vinculado a un antagonista. Cuando el agonista se contrae por activación eléctrica, estira al antagonista. Esta interacción dinámica muscular causa sensores biológicos dentro del tendón del músculo para enviar información a través del nervio al sistema nervioso central, información relacionada sobre la longitud, velocidad y fuerza del tendón del músculo. Así es como funciona la propiocepción del tendón muscular, y es la forma principal en que nosotros, como humanos, puede sentir y sentir las posiciones, movimientos y fuerzas en las extremidades.
When a limb is amputated, the surgeon connects these opposing muscles within the residuum to create an AMI. Now, multiple AMI constructs can be created for the control and sensation of multiple prosthetic joints. Artificial electrodes are then placed on each AMI muscle, and small computers within the bionic limb decode those signals to control powerful motors on the bionic limb. When the bionic limb moves, the AMI muscles move back and forth, sending signals through the nerve to the brain, enabling a person wearing the prosthesis to experience natural sensations of positions and movements of the prosthesis.
Cuando una extremidad es amputada, el cirujano conecta estos músculos opuestos dentro del residuo para crear una IMA Se pueden crear múltiples construcciones IMA para el control y la sensación de múltiples articulaciones ortopédicas. En cada músculo IMA se colocan electrodos artificiales y pequeñas computadoras dentro de la extremidad biónica decodifican esas señales para controlar potentes motores en la extremidad biónica. Cuando la extremidad biónica se mueve, los músculos IMA se mueven hacia adelante y hacia atrás, enviando señales a través del nervio al cerebro, permite que una persona que usa la prótesis experimente sensaciones naturales de posiciones y movimientos de la prótesis.
Can these tissue-design principles be used in an actual human being? A few years ago, my good friend Jim Ewing -- of 34 years -- reached out to me for help. Jim was in an a terrible climbing accident. He fell 50 feet in the Cayman Islands when his rope failed to catch him hitting the ground's surface. He suffered many, many injuries: punctured lungs and many broken bones. After his accident, he dreamed of returning to his chosen sport of mountain climbing, but how might this be possible?
¿Pueden estos principios de diseño de tejidos usarse en un ser humano real? Hace unos años, mi buen amigo Jim Ewing --de 34 años-- se acercó a mí en busca de ayuda. Jim estaba en un terrible accidente de escalada. Cayó 50 pies en las Islas Caimán cuando su cuerda no pudo atraparlo golpeando la superficie del suelo. Él sufrió muchas, muchas heridas: pulmones perforados y muchos huesos rotos. Después de su accidente, soñó con volver a su deporte favorito, escalar montañas, pero ¿cómo podría ser esto posible?
The answer was Team Cyborg, a team of surgeons, scientists and engineers assembled at MIT to rebuild Jim back to his former climbing prowess. Team member Dr. Matthew Carty amputated Jim's badly damaged leg at Brigham and Women's Hospital in Boston, using the AMI surgical procedure. Tendon pulleys were created and attached to Jim's tibia bone to reconnect the opposing muscles. The AMI procedure reestablished the neural link between Jim's ankle-foot muscles and his brain. When Jim moves his phantom limb, the reconnected muscles move in dynamic pairs, causing signals of proprioception to pass through nerves to the brain, so Jim experiences normal sensations with ankle-foot positions and movements, even when blindfolded.
La respuesta fue Equipo Ciborg, un equipo de cirujanos, científicos e ingenieros se reunieron en el MIT para reconstruir a Jim a su antigua destreza de escalada. El Dr. Matthew Carty, un miembro del equipo amputó la pierna de Jim severamente dañada en el hospital Brigham and Women de Boston, mediante el procedimiento quirúrgico IMA. Se crearon poleas tendinosas y se unieron al hueso tibial de Jim para volver a conectar los músculos opuestos. El procedimiento IMA reestableció el vínculo neuronal entre los músculos de tobillo de Jim y su cerebro. Cuando Jim mueve su miembro fantasma, los músculos reconectados se mueven en pares dinámicos, haciendo que las señales de la propiocepción pasen a través de los nervios al cerebro, Jim experimenta sensaciones normales con posiciones y movimientos de tobillo y pie incluso con los ojos vendados.
Here's Jim at the MIT laboratory after his surgeries. We electrically linked Jim's AMI muscles, via the electrodes, to a bionic limb, and Jim quickly learned how to move the bionic limb in four distinct ankle-foot movement directions. We were excited by these results, but then Jim stood up, and what occurred was truly remarkable. All the natural biomechanics mediated by the central nervous system emerged via the synthetic limb as an involuntary, reflexive action. All the intricacies of foot placement during stair ascent --
Aquí está Jim en el laboratorio del MIT después de sus cirugías. Vinculamos eléctricamente los músculos IMA de Jim, a través de los electrodos, a una extremidad biónica, y Jim aprendió rápidamente a mover la extremidad biónica en cuatro direcciones distintas de movimiento de tobillo y pie. Estábamos emocionados con estos resultados pero luego Jim se puso de pie, y lo que ocurrió fue realmente notable. Toda la biomecánica natural mediada por el sistema nervioso central emergió a través de la extremidad sintética como una acción involuntaria y reflexiva. Las complejidades de la colocación de los pies durante el ascenso de la escalera
(Applause)
(Aplausos)
emerged before our eyes. Here's Jim descending steps, reaching with his bionic toe to the next stair tread, automatically exhibiting natural motions without him even trying to move his limb. Because Jim's central nervous system is receiving the proprioceptive signals, it knows exactly how to control the synthetic limb in a natural way.
surgió ante nuestros ojos. Aquí está Jim descendiendo pasos, llegando con su dedo biónico a la siguiente banda de rodamiento, exhibiendo automáticamente movimientos naturales sin él, incluso tratando de mover su extremidad. Dado que el sistema nervioso de Jim recibe las señales propioceptivas, sabe exactamente cómo controlar la extremidad sintética de forma natural.
Now, Jim moves and behaves as if the synthetic limb is part of him. For example, one day in the lab, he accidentally stepped on a roll of electrical tape. Now, what do you do when something's stuck to your shoe? You don't reach down like this; it's way too awkward. Instead, you shake it off, and that's exactly what Jim did after being neurally connected to the limb for just a few hours. What was most interesting to me is what Jim was telling us he was experiencing. He said, "The robot became part of me."
Ahora, Jim se mueve y se comporta como si la extremidad sintética fuera parte de él. Por ejemplo, un día en el laboratorio, accidentalmente pisó un rollo de cinta aislante. Ahora, ¿qué haces cuando algo está pegado a tu zapato? No alcanzas abajo así; es demasiado incómodo En cambio, lo sacudes, y eso es exactamente lo que hizo Jim después de estar conectado neuronalmente a la extremidad por unas pocas horas. Lo que fue más interesante para mí es lo que Jim nos estaba diciendo que estaba experimentando. Él dijo: "El robot se convirtió en parte de mí".
Jim Ewing: The morning after the first time I was attached to the robot, my daughter came downstairs and asked me how it felt to be a cyborg, and my answer was that I didn't feel like a cyborg. I felt like I had my leg, and it wasn't that I was attached to the robot so much as the robot was attached to me, and the robot became part of me. It became my leg pretty quickly.
Jim Ewing: La mañana después de la primera vez que estuve apegado al robot, mi hija bajó y me preguntó cómo era ser un ciborg, y mi respuesta fue que no me sentía como un ciborg. Sentí que tenía mi pierna, y no era que estuviera apegado al robot tanto como el robot estaba conectado a mí, y el robot se convirtió en parte de mí. Se convirtió en mi pierna bastante rápido.
Hugh Herr: Thank you.
Hugh Herr: Gracias.
(Applause)
(Aplausos)
By connecting Jim's nervous system bidirectionally to his synthetic limb, neurological embodiment was achieved. I hypothesized that because Jim can think and move his synthetic limb, and because he can feel those movements within his nervous system, the prosthesis is no longer a separate tool, but an integral part of Jim, an integral part of his body. Because of this neurological embodiment, Jim doesn't feel like a cyborg. He feels like he just has his leg back, that he has his body back.
Al conectar bidireccionalmente el sistema nervioso de Jim a su extremidad sintética, hemos hecho posible una manifestación neurológica. Mi hipótesis de que, dado que Jim puede pensar y mover su extremidad sintética, y puede sentir esos movimientos dentro de su sistema nervioso, la prótesis ya no es una herramienta separada, sino una parte integral de Jim, una parte integral de su cuerpo. Debido a esta encarnación neurológica, Jim no se siente como un ciborg. Siente que recuperó su pierna, que recuperó su cuerpo.
Now I'm often asked when I'm going to be neurally linked to my synthetic limbs bidirectionally, when I'm going to become a cyborg. The truth is, I'm hesitant to become a cyborg. Before my legs were amputated, I was a terrible student. I got D's and often F's in school. Then, after my limbs were amputated, I suddenly became an MIT professor.
A menudo me preguntan cuándo voy a estar vinculado neuronalmente a mis extremidades sintéticas en forma bidireccional, cuando voy a convertirme en un ciborg. La verdad es que dudo de convertirme en un ciborg. Antes de que me amputaran las piernas, era un estudiante terrible. Obtuve malas notas en la escuela. Más tarde, después de la amputación de mis extremidades, de repente me convertí en profesor de MIT.
(Laughter)
(Risas)
(Applause)
(Aplausos)
Now I'm worried that once I'm neurally connected to my limbs once again, my brain will remap back to its not-so-bright self.
Mi preocupación es que una vez que esté conectado a mis extremidades nuevamente, mi cerebro vuelva al camino de un yo no tan brillante.
(Laughter)
(Risa)
But you know what, that's OK, because at MIT, I already have tenure.
Pero saben qué, está bien, porque en MIT ya me contrataron.
(Laughter)
(Risas)
(Applause)
(Aplausos)
I believe the reach of NeuroEmbodied Design will extend far beyond limb replacement and will carry humanity into realms that fundamentally redefine human potential. In this 21st century, designers will extend the nervous system into powerfully strong exoskeletons that humans can control and feel with their minds. Muscles within the body can be reconfigured for the control of powerful motors, and to feel and sense exoskeletal movements, augmenting humans' strength, jumping height and running speed. In this 21st century, I believe humans will become superheroes. Humans may also extend their bodies into non-anthropomorphic structures, such as wings, controlling and feeling each wing movement within the nervous system. Leonardo da Vinci said, "When once you have tasted flight, you will forever walk the earth with your eyes turned skyward, for there you have been and there you will always long to return." During the twilight years of this century, I believe humans will be unrecognizable in morphology and dynamics from what we are today. Humanity will take flight and soar. Jim Ewing fell to earth and was badly broken, but his eyes turned skyward, where he always longed to return. After his accident, he not only dreamed to walk again, but also to return to his chosen sport of mountain climbing. At MIT, Team Cyborg built Jim a specialized limb for the vertical world, a brain-controlled leg with full position and movement sensations. Using this technology, Jim returned to the Cayman Islands, the site of his accident, rebuilt as a cyborg to climb skyward once again.
Creo que el alcance del diseño NeuroEmbodied se extenderá más allá del reemplazo de extremidades y llevará a la humanidad a dominios que fundamentalmente redefinen el potencial humano. En este siglo XXI, los diseñadores extenderán el sistema nervioso a exoesqueletos muy fuertes que los humanos podamos controlar y sentir con la mente. Los músculos dentro del cuerpo se pueden reconfigurar para controlar motores potentes, y para tratar de sentir los movimientos del exoesqueleto, aumentar la fuerza humana, el salto de altura y la velocidad de carrera. En este siglo XXI, creo que los humanos nos convertiremos en superhéroes. Los humanos también podemos extender nuestros cuerpos con estructuras no antropomórficas, como alas, controlando y sintiendo cada movimiento de ala dentro del sistema nervioso. Leonardo da Vinci dijo: "Una vez que hayas probado el vuelo, siempre caminarás por la tierra con tus ojos vueltos hacia el cielo, porque allí has estado y siempre anhelarás regresar". Cuando este siglo llegue a su fin, en mi opinión, los seres humanos serán irreconocibles, en apariencia y modo de movimiento, de los humanos de hoy. La humanidad tomará vuelo y se elevará. Jim Ewing cayó al suelo y resultó gravemente herido, pero sus ojos han mirado al cielo, donde siempre había deseado regresar. Después del accidente, no solo soñó con caminar de nuevo, sino también volver a su deporte favorito, escalar montañas. El Equipo Ciborg de MIT creó una extremidad específica para el mundo vertical para Jim, una pierna completamente funcional controlada por el cerebro. Mediante esta tecnología, Jim regresó a las Islas Caimán, el sitio de su accidente, reconstruido como un ciborg para conquistar la cima una vez más.
(Crashing waves)
(Rompimiento de olas)
(Applause)
(Aplausos)
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)
Ladies and gentlemen, Jim Ewing, the first cyborg rock climber.
Señoras y señores, Jim Ewing, el primer escalador ciborg.
(Applause)
(Aplausos)