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.
Ben MIT'de öğretim üyesiyim, ama bina veya bilgisayar sistemleri değil, vücut parçaları üretiyorum; insanların yürümesini ve koşmasını sağlayan biyonik bacaklar.
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 yılında bir dağcılık kazası geçirdim, donmaya bağlı doku hasarı nedeniyle iki bacağımın da kesilmesi gerekti. Bacaklarımı görebilirsiniz: 24 sensor, altı mikro-işlemci ve tendon kası benzeri çalıştırıcısı var. Temel olarak dizden aşağı bir dizi cıvatadan oluşuyorum. Ancak bu ileri biyonik teknolojiyle zıplıyor, dans edebiliyor ve koşabiliyorum.
(Applause)
(Alkışlar)
Thank you.
Teşekkürler.
(Applause)
(Alkışlar)
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.
Ben biyonik bir insanım ama henüz siborg değilim. Bacaklarımı oynatmayı düşündüğümde merkezi sinir sisteminden sinirsel sinyaller sinirlerim içinden geçerek bacaklarımın kalan kısmındaki kasları aktive ediyor. Yapay elektrotlar bu sinyalleri algılıyor ve biyonik bacak içindeki küçük bilgisayarlar sinirsel sinyalleri istenen hareketlere dönüştürüyor. Kısacası, hareket etmeyi düşündüğümde bu komut, vücudumun sentetik kısmına iletiliyor. Fakat bu bilgisayarlar sinir sistemime bilgi aktarımı yapamıyor. Sentetik bacaklarıma dokunduğumda veya hareket ettirdiğimde normal dokunma ve hareket hisleri duymuyorum. Siborg olsaydım ve sinir sistemime bilgi aktarımı yapan küçük bilgisayarlar aracılığıyla bacaklarımı hissetseydim, sentetik vücudumla olan ilişkim temel olarak değişirdi diye düşünüyorum. Bugün bacaklarımı hissetmiyorum, bu yüzden de bacaklarım, aklım ve vücudumdan ayrı aletler durumunda. Benim parçam değiller. Siborg olup bacaklarımı hissedebilsem bacaklar benim bir parçam olurdu.
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'de Nöro Kapsamlı Tasarım üzerinde çalışıyoruz. Bu tasarım sürecinde, tasarımcı insan et ve kemiğini tasarlıyor, biyolojik vücudun kendisini, buna sinir sistemi ve teknoloji arasındaki biyodirektif iletişimi sağlayacak sentetik tasarım ekleniyor. Nöro Kapsamlı Tasarım siborg fonksiyonu sağlayan bir metodoloji. Bu tasarım sürecinde tasarımcılar, zihin ve bedenlerimizden ayrı ve cansız araçlara teknolojinin taviz vermediği bir gelecek öngörüyorlar, teknolojinin doğamızla dikkatlice iç içe geçtiği bir gelecek. Bu gelecekte, neyin biyolojik olup olmadığı, neyin insana özgü olup olmadığı, neyin doğal olup olmadığı sonsuza dek soru işareti olarak kalacak. Bu gelecek insanoğluna yeni bedenler sağlayacak. Nöro Kapsamlı Tasarım sinir sistemimizi sentetik dünyaya taşıyacak, sentetik dünya da bunu bize getirerek olduğumuz kişiyi tamamen değiştirecek. Biyolojik bedenin teknoloji dünyasıyla daha iyi iletişim kurması için insanoğlu engellilik durumuna 21. yüzyılda nokta koymuş olacak ve insan güçlendirilmesine yönelik bilimsel ve teknolojik temelleri atmış olacak, insan yetilerini doğuştan fizyolojik düzeylerin ötesinde bilişsel, duygusal ve fiziksel açıdan genişletecek.
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.
Biyomoleküler açıdan doku ve organlara kadar yeni bedenler yapıp ölçeklendirmenin pek çok yolu var. Bugün Nöro Kapsamlı Tasarım'ın bir alanı üzerinde konuşmak istiyorum, bu alanda vücudun dokuları cerrahi ve rejeneratif süreçlerle manipüle ediliyor ve yontuluyor. Mevcut ampütasyon paradigması ABD Sivil Savaşı'ndan bu yana temel olarak hiç değişmedi ve uyarıcılar, kontrol sistemleri ve nöro etkişelim teknolojileri gibi büyük ilerlemeler ışığında eski bir hâl aldı. Kontrol ve propriosepsiyon için dinamik kas etkileşimlerine yönelik çok büyük bir eksik vardı.
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.
Peki propriyosepsiyon nedir? Bileğinizi büktüğünüzde bacağınızın önündeki kaslar kasılır, aynı anda bacağınızın arkasındaki kaslar da esner. Bileğinizi öne doğru uzattığınızda bunun tersi olur. Burada, bacağınızın arkasındaki kaslar kasılıyor, ön taraftaki kaslar da esniyor. Bu kaslar kasılıp esnediğinde kas tendonları içindeki biyolojik sensörler sinirler aracılığıyla beyne bilgi aktarımı yapar. Bu sayede, görmeden de ayaklarımızın nerede olduğunu hissedebiliyoruz.
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.
Mevcut ampütasyon paradigması bu dinamik kas ilişkilerini yok ediyor, bu şekilde normal propriyoseptif hisleri de ortadan kaldırmış oluyor. Sonuç olarak standart yapay bir uzuv, protezin boşluğun neresinde olduğu hakkında sinir sitemine geri bildirim yapamıyor. Bu yüzden de hastalar, protez eklemin pozisyon ve hareketlerini görmeden hissedemiyorlar. Bacaklarım Sivil Savaş zamanından kalan bu metodolojiyle ampüte edildi. Şu an ayaklarımı hissedebiliyorum ama hayali bir farkındalıkla. Oynatmaya çalıştığımda hissedemiyorum. Kaskatı kayak botlarının içinde sıkışmış gibi bir his.
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.
Bu sorunları çözmek için MIT'de agonist karşı etkili miyonöral arayüzü geliştirdik, kısaca AMI. AMI, uzvun kalan kısmındaki sinirleri harici, biyonik bir proteze bağlama yöntemi. Peki AMI nasıl tasarlanıyor ve nasıl işe yarıyor? AMI cerrahi olarak birbirine bağlanmış iki kastan meydana geliyor, karşıt etkili kasa bağlı bir agoniste. Elektrikli aktivasyon sonucu agonist kasıldığında karşıt etkili kas da esniyor. Bu kas dinamiği etkileşimi kas tendonu içindeki biyolojik sensörlerin sinir yoluyla merkezi sinir sistemine bilgi aktarımı yapıyor, tendon uzunluğu, hızı ve gücü hakkında bildirim yapıyor. Kas tendon propriyosepsiuonu bu şekilde çalışıyor ve biz insanlar için önceliği uzuvlarımızdaki konum, hareket ve baskıyı hissedip algılayabilmeleri.
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.
Bir uzuv ampüte edildiğinde cerrah AMI yaratmak amacıyla uzvun kalan kısmındaki bu zıt uçları birbirine bağlıyor. Birden çok protez eklemin kontrol ve hissi için birden fazla AMI yapılandırılabilir. Sonra her bir AMI kası üzerine yapay elektrodlar yerleştiriliyor ve biyonik uzuvdaki küçük bilgisayarlar bu sinyalleri dekode ederek biyonik uzuvdaki güçlü motorların kontrolünü sağlıyor. Biyonik uzuv hareket ettiğinde AMI kasları öne arkaya hareket ediyor, sinirlerden beyne sinyal gönderiyor, protez sahibinin doğal bir şekilde konum ve hareket algısı olmasını sağlıyor.
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?
Peki bu doku tasarımı ilkeleri insanda gerçekten kullanılabilir mi? Birkaç yıl önce, 34 yaşındaki arkadaşım Jim Ewing benden yardım istedi. Çok kötü bir dağcılık kazası geçirmişti. Cayman Adaları'nda halatı onu tutamayınca 15 metre yükseklikten düşmüştü. Çok yaralanmıştı: Akciğerlerde hasar ve çok fazla kırık. Kazadan sonra seçtiği spor dalına geri dönmeyi hayal ediyordu; dağcılık. Nasıl mümkün olabilirdi?
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.
Cevap Siborg ekibinde saklı, cerrah, bilim insanı ve mühendislerden oluşan bir ekip eski tırmanma gücünü kazandıracak şekilde MIT'de onu baştan yarattı. Ekip üyesi Dr. Matthew Carty Boston'da Brigham Hastanesi'nde AMI cerrahi işlemini kullanarak Jim'in aşırı hasarlı bacağını ampüte etti. Tendon çekicileri yaratıldı ve Jim'in tibia kemiğine iliştirilerek zıt etkili kaslara yeniden bağlandı. AMI süreci Jim'in bilek kasları ve beyni arasında nöral bir bağlantı görevi gördü. Jim hayali bacağını oynattığında yeniden bağlanan kaslar dinamik çiftler olarak hareket ediyor, propriyosepsiyon sinyalleri sinirlerden beyne iletiliyor ve Jim doğal bir şekilde ayak ve bilek pozisyon ve hareketlerini hissediyor, gözleri bağlı olsa dahi.
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 --
Jim ameliyatları sonrası MIT laboratuvarında. Jim'in AMI kaslarını elektrodlar aracılığıyla biyonik bacağa bağladık ve Jim hızlı bir şekilde biyonik bacağını dört ayak ve bilek yönünde oynatmayı öğrendi. Sonuçlar zaten bizi sevindirmişti, Jim ayağa kalktığında ise gördüklerimiz inanılmazdı. Merkezi sinir sisteminin düzenlediği tüm doğal biyomekanikler istemsiz, refleksif hareketler olarak sentetik bacakla birleşmişti. Merdiven etkisine ilişkin tüm ayak konum detayları...
(Applause)
(Alkışlar)
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.
gözlerimizin önünde ortaya çıktı. Jim burada merdivenlerden iniyor, biyonik ayak parmağı bir sonraki basamağa doğru yöneliyor, kendisi bacağını oynatmaya çalışmadan bu doğal hareketler otomatik ortaya çıkıyor. Çünkü Jim'in merkezi sinir sistemi propriyoseptif sinyalleri alıyor, sentetik bacağı doğal bir şekilde nasıl kontrol edeceğini tam biliyor.
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."
Jim, sentetik bacak onun parçasıymış gibi hareket ediyor ve işlerini görüyor. Örneğin bir gün laboratuvarda, yanlışlıkla izolasyon bantlarının üzerine bastı. Ayakkabınıza bir şey takıldığında ne yaparsınız? Bu şekilde eğilmezsiniz; biraz tuhaf kaçar. Ayağınızı sallarsınız, bacağa sinirsel yolla bağlandıktan birkaç saat sonra Jim de aynen böyle yaptı. En çok dikkatimi çeken şey, Jim'in deneyimini bize anlatması oldu. ''Robot, benim bir parçam oldu.'' dedi.
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: Robota bağlandıktan sonraki ilk sabah kızım yanıma geldi ve siborg olmanın nasıl bir duygu olduğunu sordu, siborg gibi hissetmediğimi söyledim. Bacağım yerindeymiş gibi hissediyordum ve sanki ben robota bağlı değilim de robot bana bağlı gibi ve robot benim bir parçam oldu. Robot hızlı bir şekilde bacağım oldu.
Hugh Herr: Thank you.
Hugh Herr: Teşekkürler.
(Applause)
(Alkışlar)
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.
Jim'in sinir sistemini iki yönlü olarak sentetik bacağa bağlarken nörolojik kapsama başarıya ulaştı. Jim artık sentetik bacağını düşünebiliyor ve hareket ettirebiliyor ve bu hareketleri sinir sisteminde hissedebiliyor diye protezin ayrı bir araç olmadığı, Jim'in vücudunun entegre bir parçası olduğu hipotezine vardım. Bu nörolojik kapsama sayesinde Jim siborg gibi hissetmiyordu. Bacağı yerine gelmiş gibi hissediyordu, vücuduna yeniden kavuşmuş gibi.
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.
Bana sık sık soruluyor; sinirsel yolla sentetik uzuvlarıma ne zaman iki yönlü bağlanacağım? Ne zaman siborg olacağım? Aslına bakarsanız ben siborg olma konusunda emin değilim. Çünkü bacaklarım ampüte edilmeden önce korkunç bir öğrenciydim. Sürekli kötü notlar alıyordum. Sonra bacaklarım ampüte edildi, birden MIT akademisyeni oldum.
(Laughter)
(Kahkahalar)
(Applause)
(Alkışlar)
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.
Korkarım sinirsel olarak bacaklarıma yeniden bağlanınca beynim o çok da çalışkan olmayan hâline geri dönecek.
(Laughter)
(Kahkahalar)
But you know what, that's OK, because at MIT, I already have tenure.
Aslında sorun olmaz, çünkü MIT'de kadroluyum zaten.
(Laughter)
(Kahkahalar)
(Applause)
(Alkışlar)
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.
Ben öyle düşünüyorum ki Nöro Kapsamlı Tasarım uzuvların yerine geçmekle kalmayacak, bizi insanoğlunun potansiyelini yeniden tanımlayacak yepyeni bir yere taşıyacak. 21. yüzyılda, tasarımcılar sinir sisteminin kapsamını zihnimizle kontrol edip hissedebileceğimiz çok güçlü dış iskeletlere taşıyacaklar. Vücut kasları, güçlü motor kontrolü için yeniden yapılandırılabilir ve dış iskelet hareketleri hissedilebilir, algılanabilir, bu da insan gücünü, zıplama yüksekliğini, koşma hızını çok yukarı taşır. 21. yüzyılda insanların süper kahramanlara dönüşeceğine inanıyorum. Buna ek olarak insanlar, vücutlarına kanat gibi antropomorfik olmayan yapılar ekleyebilir, kanat hareketini sinir sisteminde hissedip kontrol edebilirler. Leonardo da Vinci şöyle demişti, ''Bir kez uçma hissini tattığınızda toprakta her zaman gözleriniz yukarı bakarak yürürsünüz, çünkü bir kez yukarı çıktınız ve hep oraya dönmek isteyeceksiniz.'' Bu yüzyılın sonlarına doğru, insanlar morfolojik ve dinamik açıdan bugüne kıyasla tanınamaz hâle gelecekler. İnsanoğlu yükselecek. Jim Ewing yüksekten düştü ve ciddi şekilde yaralandı ama gözleri yüksekteydi, dönmek istediği yerde. Kazadan sonra yalnızca yeniden yürümeyi değil, seçtiği spor dalı olan dağcılığa da geri dönmeyi hayal etti. MIT'de Siborg Ekibi, bu dikey dünya için Jim'e özel bir bacak geliştirdi, tam pozisyon ve hareket hissi sağlayan beyinle kontrol edilen bir bacak. Bu teknolojiyi kullanarak Jim, Cayman Adaları'na geri döndü, kazanın olduğu yere, siborg olarak yukarı doğru tekrar tırmanmaya başladı.
(Crashing waves)
(Dalga sesleri)
(Applause)
(Alkışlar)
Thank you.
Teşekkürler.
(Applause)
(Alkışlar)
Ladies and gentlemen, Jim Ewing, the first cyborg rock climber.
Hanımlar ve beyler, Jim Ewing, ilk siborg dağ tırmanışçısı.
(Applause)
(Alkışlar)