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.
私はMITの教授ですが 専門は建物やコンピュータシステムの 設計ではありません 私は人の義肢を作っています 歩行や走行の機能を高める バイオニック義肢です
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.
1982年に 私は登山中に事故に遭い 凍傷による組織の損傷のために 両脚を切断しました これが私の両脚です 中にあるのは 24のセンサー 6つのマイクロプロセッサー 筋肉と腱として働くアクチュエーターで つまり私の膝から下は 機械の塊です しかしこの高度な バイオニック技術により 私はスキップし ダンスし 走ることができます
(Applause)
(拍手)
Thank you.
ありがとうございます
(Applause)
(拍手)
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.
私はバイオニック・マンですが まだサイボーグではありません 自分の脚を動かそうと 頭で考えると 神経信号が私の中枢神経系から 神経を伝わり 私に残された両下肢の 筋肉を動かします 人工電極がその信号を感知し バイオニック義足の中の 小さなコンピューターが 神経パルスを 意図した動きのパターンへと翻訳します 簡単に言うと 私が 動こうと考えると そのコマンドが私の体の人工義肢部分へ 伝えられるということです しかしそのコンピューターは 私の神経系へと情報を伝えられません 私が義足で何かに触れたり 義足を動かしたりしても 私は通常の触覚や動きを感じません 私がサイボーグで 神経系へ情報を入力する 小さなコンピューターを通して 脚を感じることができたなら 私と人工義肢との関係は 根本的に変わるでしょう 今は私は両脚を感じることができません そのため 私の両脚は 心や肉体からは断絶された 別個の道具であり 私の一部ではありません もし私がサイボーグで 自分の脚を感じられたら この脚を自分の一部だと 感じられるようになるでしょう
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.
MITで私たちは「ニューロ・エンボディド (神経統合型)デザイン」について考えています このデザイン手法では デザイナーは人間の 生物学的身体そのものを 人工部品と合わせて デザインすることで 神経系と人工部品の 双方向の連携を高めます ニューロ・エンボディド・デザインは サイボーグ機能を作る手法であり そのデザインの過程で デザイナーたちが思い描くのは 技術がもはや 人の心や体から離れた 命を持たない道具では 妥協しない未来 テクノロジーが 私たちの自然な在り方に 注意深く統合された未来 生物と そうでないもの 人と そうでないもの 自然なものと そうでないものの境界が 限りなく曖昧になる世界です その未来で 人類は 新しい身体を獲得するでしょう ニューロ・エンボディド・ デザインは私たちの神経系を 人工物の世界へと延長し 人工物の世界を 私達の中へと延長し 私たちの存在を 根本的に変えます 生物的な身体が 人工的にデザインされた物の世界と より良く対話できるように デザインすることで 人類はこの21世紀に 身体障がいをなくし 人間の能力を拡張するための 科学的、技術的基盤を築き 認知的、感情的、肉体的な 人間の機能を 生来の肉体的レベルを 超えたものへと高めるでしょう
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.
分子から組織 臓器のレベルまで 新しい身体を作る方法には 様々なものがあります 今日は ニューロ・エンボディド デザインの一分野である 外科的・再生医療的プロセスによる 身体の改変と構築について お話しします 現在の四肢切断術は 南北戦争当時から 基本的に進歩しておらず アクチュエーターや 制御システム 神経インターフェース技術の劇的な進化の前に 時代遅れのものになっています 欠けているのは 制御や固有感覚受容のための ダイナミックな筋肉の関わりです
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.
固有感覚とは何でしょう? 自分の足首を曲げる時 脛の前側の筋肉は収縮し 同時に後ろ側の 筋肉は伸びます 足首を伸ばす時には その逆が起こります このように脚の 後ろ側の筋肉は収縮し 前側の筋肉は伸びます これらの筋肉が伸縮するとき 筋肉や腱の中にある 感覚受容器官が 神経を通して 脳に情報を伝えます そのおかげで 目で見ていなくても 足がどうなっているか 分かるのです
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.
現在の四肢切断術は このダイナミックな 筋肉の関わりを絶ってしまい 固有感覚を失わせます 結果として 標準的な人工義肢は 義肢が空間的に どこにあるのかという情報を 神経系へフィードバックできません そのため 患者は 義肢の関節の位置や動きを 目で見ずに感じ取ることが できません 私の両脚は 南北戦争時代の方法で切断されました 私は幻肢意識により 両足を今この瞬間にも 感じることができますが 動かそうと思ってもできません まるで両足が分厚いスキーブーツの中に 嵌っているような感覚です
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.
こうした問題を解決するために MITで私たちは 「主動筋-拮抗筋 筋神経インターフェース」 を生み出しました 短くは「AMI」です AMIは体の残っている部分の神経を 外部のバイオニック義肢に繋ぐ方法です AMIはどのようなもので どのように働くのでしょう? AMIは 手術で繋げた 2つの筋肉 主動筋と拮抗筋から 成り立っています 主動筋が電気刺激により 収縮すると それが拮抗筋を伸長させ この筋肉のダイナミックな 相互作用により 筋肉と腱の中の感覚器が 神経を通して中枢神経系へと 筋肉と腱の長さや 速度や 掛かっている力について 情報を伝達します 筋肉/腱の固有感覚受容は このように働き これは私たち人間が 四肢の位置や 動きや 加わる力を 知覚認識する基本的な方法です
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.
四肢を切断するとき 外科医は残った肢体の 対向する筋肉同士を繋ぎ AMIを作ります 複数の義肢関節の 制御や感知のために 複数のAMIを作ることもできます それから人工電極が それぞれのAMI筋肉に埋め込まれ バイオニック義肢の中の小さな コンピューターがそのシグナルを解析して 義肢中の強力なモーターを 制御します バイオニック義肢が動くとき AMI 筋肉は前後に動き 神経を通して脳へ信号を送り 義肢を装着した人は 義肢の位置や動きを 自然な感覚として 感じることができます
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?
この組織設計原理は 実際に人体に使えるでしょうか? 数年前 34年来の友人の ジム・ユーイングが 助けを求めて連絡してきました クライミングで 深刻な事故に遭ったのです ケイマン諸島で ロープが外れて 15メートル落下したのでした たいへんな外傷を負い 肺に穴が開き あちこちを骨折していました この事故の後にも 彼は クライミングに復帰したいと 願っていましたが そんな事が可能になるでしょうか?
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.
その答えが「チーム・サイボーグ」でした ジムの体を 以前のクライマーとしての 強靭さまで再構築するために 外科医や科学者やエンジニアが MITに集結しました チームの一員 マシュー・カーティ医師は ボストンの ブリガム・アンド・ウィメンズ病院で AMI手術により ジムの酷く損傷した脚を 切断しました 向かい合う筋肉を 繋ぎ合わせるために 腱滑車が脛骨に 取り付けられました AMI法はジムの 足首を動かす筋肉と 脳の間の神経回路を 再構築しました ジムが幻肢を動かそうとすると 繋がれた筋肉が対になって動き 固有感覚のシグナルを 神経を通して脳へ送るので ジムは足首から先の位置と動きを 自然な感覚として 目隠ししていても 感じられます
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 --
これはMITの研究室にいる 手術後のジムです 私たちはジムのAMI筋肉を 電極を介して バイオニック義肢へと 繋ぎました ジムはバイオニック義肢の足首関節の 4方向への動かし方を すぐに習得しました 私たちはこの結果に喜んでいましたが それからジムが立ち上がり 実に驚くべきことが起こりました 中枢神経系が媒介する 自然なバイオメカニクスが 不随意の反射運動として 人工義肢を介して再現され 階段を登るときの 複雑な足さばきが—
(Applause)
(拍手)
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.
目の前で展開されたのです こちらは階段を 降りるところです バイオニックのつま先を 下の段に伸ばし 意識して動かそうと することなく 足が自動的に 自然な動きをしています ジムの中枢神経系は 固有感覚からシグナルを受けており 人工義肢を自然に動かす方法を 知っているからです
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."
ジムは人工義肢が 体の一部であるかのように動いています 例えば研究室でのある日 彼は間違って絶縁用テープを 踏んでしまいました 皆さんは何かが靴にくっついたら どうしますか? こんな風にぎこちなく 屈んだりはしませんね そうではなく 足を振るはずです ジムは義足と神経が繋がれた ほんの数時間後に まさにそうしたのです 私が最も面白いと思ったのは ジムが感じたことでした 彼はこう言ったんです 「ロボットが自分の一部になったんだ」
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.
(ユーイング)ロボットに繋がれた日の翌朝 娘が二階から降りて来て サイボーグになったのはどんな感じか聞きました 私は全くサイボーグになった気なんか しないよと答えました 自分の脚があると感じ 自分がロボットに くっついているとか ロボットが自分に くっついているという感じはなく 体の一部になったみたいで すぐに自分の脚そのものに なったんです
Hugh Herr: Thank you.
(ハー)ありがとうございます
(Applause)
(拍手)
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.
ジムの神経系を 人工義肢と双方向に繋ぐことで 神経学的統合が 実現されました ジムは人工義肢を 自分の意思で動かすことができ そうした動きを 自分の神経系で感じることができるので 義肢はもはや体から断絶された 別個のツールではなく 完全にジムの体の一部となったのだと 私は考えました 神経学的統合のため 彼はサイボーグで あるかのようには感じていません 彼は自分の脚や 自分の体を 取り戻したと 感じるだけです
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.
私はよく聞かれます いつ自分の人工義肢を 神経を通して双方向に繋げる予定なのかと つまり いつサイボーグ化するのかと 実は私はサイボーグになることに 躊躇しています 脚を切断される前は 私はひどい学生でした 落第点ばかりでした それから両脚を切断すると 突然MITの教授になったんです
(Laughter)
(笑)
(Applause)
(拍手)
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.
もし自分の脚と 再び神経で繋がったら 以前の頭の程度に 戻ってしまわないかと心配なんです
(Laughter)
(笑)
But you know what, that's OK, because at MIT, I already have tenure.
でも もうMITの終身教授になったから いいのかもしれません
(Laughter)
(笑)
(Applause)
(拍手)
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.
ニューロ・エンボディド・デザインは 四肢の代替をはるかに超え 人類の可能性を 根本的に再定義するような域へと 達するだろうと信じています この21世紀中に デザイナー達は 神経系を 人間がその心で感じ動かせる 強靭な外骨格装置へと 延長させるでしょう 体の中の筋肉は 強力なモーターを制御し 外骨格装置の動きを 感じ取るよう再設定され 人間の体力や ジャンプ力や 走力などを 増強させるでしょう この21世紀中に人間は スーパーヒーローになると私は信じています 人類はその体を 翼といった 人にあらざる構造へと拡張し 神経を通して 羽の動きを制御し 感じられるようになるかも知れません レオナルド・ダ・ヴィンチの言葉です 「一度 飛翔を味わった途端 地上を歩きながらも その目は常に空を見上げるようになるだろう 一度行った空へ 常に戻りたいと願うからだ」 今世紀が終わる頃には 人類はその形態と 運動能力において 今とは全く違ったものに なっていると思います 人類は空高く 飛翔するでしょう ジム・ユーイングは墜落し 深く傷を負いましたが 彼の目はいつも戻りたいと思っていた 空へと向いていました 事故の後 再び歩きたいと 夢見ただけではなく マウンテン・クライミングに 戻りたいと願っていたのです MITで「チーム・サイボーグ」はジム専用の 垂直世界の為の義肢を作りました 脳で動かす 完全な位置と動作の センサーが付いた義肢です この技術の力で ジムは事故のあった ケイマン諸島へ戻り サイボーグとなって 再び空へ向けて登り始めました
(Crashing waves)
(砕ける波の音)
(Applause)
(拍手)
Thank you.
ありがとうございました
(Applause)
(拍手)
Ladies and gentlemen, Jim Ewing, the first cyborg rock climber.
皆さん ジム・ユーイング 初のサイボーグ・クライマーです
(Applause)
(拍手)