Datasets:
salma-elshafey
/
my_dataset

Dataset card Data Studio Files Community
ar
stringlengths
1
490
en
stringlengths
1
514
وهدفي هو معرفة كيف يعمل هذا النظام.
And my goal is to understand how this works.
هنالك 4 مكونات رئيسية لحركة الحيوانات.
There are four main components behind animal locomotion.
المكون الأول هو الجسد فقط، وفي الحقيقة يجب أن لا نستهين بالمدى الذي بسطت فيه الكيمياء الحيوية الحركة في الحيوانات.
The first component is just the body, and in fact we should never underestimate to what extent the biomechanics already simplify locomotion in animals.
العنصر الثاني هو الحبل الشوكي وفي الحبل الشوكي تجد ردود الفعل، ردود الفعل المتعددة التي تخلق حلقة التنسيق الحسية بين النشاط العصبي في النخاع الشوكي والنشاط الميكانيكي.
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.
المكون الثالث هو مولدات الأنماط المركزية.
A third component are central pattern generators.
هذه دوائر موجودة في الحبل الشوكي في الحيوانات الفقارية يمكنها أن تولد بنفسها، أنماط إيقاعية متناسقة من النشاط عندما تستقبل إشارات إدخال بسيطة جدًا.
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.
وهذه الإشارات تأتي بتناغم تنازلي من الأجزاء العليا للدماغ مثل القشرة الدماغية المحركة و المخيخ والعقدة القاعدية مع نشاطات الحبل الشوكي حينما نقوم بالحركة.
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.
الشيء المثير للإهتمام هو المدى الذي أحدثه عنصر منخفض المستوى وهو الحبل الشوكي، مع الجسد، يمكن أن يحل جزء كبيرا من مشكلة الحركة.
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.
أنتم في الأصل تعرفون ذلك تعرف حقيقة أنك إذا قطعت رأس دجاجة، يمكن للدجاجة أن تتحرك لفترة، وهذا يثبت أن الجزء السفلي، الحبل الشوكي والجسم، يحلان جزءًا كبيرا من الحركة.
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.
والآن، فهم كيفية عمل ذلك معقد جدا، لأنه أولا تسجيل النشاط في الحبل الشوكي صعب جدا.
Now, understanding how this works is very complex, because first of all, recording activity in the spinal cord is very difficult.
وضع أقطاب كهربائية في القشرة الدماغية المحركة أسهل بكثير من الحبل الشوكي لأنه محمي بالفقرات.
It's much easier to implant electrodes in the motor cortex than in the spinal cord, because it's protected by the vertebrae.
وخاصة بالنسبة للبشر، ذلك صعب جدا.
Especially in humans, very hard to do.
وثانيا أنه بسبب أن الحركة هي نتاج تفاعل ديناميكي معقد جدا وتفاعل ديناميكي معقد جدا بين تلك العناصر الأربعة.
A second difficulty is that locomotion is really due to a very complex and very dynamic interaction between these four components.
لذا فإنه من الصعب جدا أن نكتشف أي دور يلعبه كل منها.
So it's very hard to find out what's the role of each over time.
وهنا يأتي دور الروبوتات الحيوية مثل بلوروبوت و النماذج الرياضية يمكن أن تساعد حقا.
This is where biorobots like Pleurobot and mathematical models can really help.
ما هي الروبوتات الحيوية؟
So what's biorobotics?
الروبوتات الحيوية هو مجال ناشط في البحث في الروبوتات يستلهم فيه الناس من الحيوانات لصنع روبوتات لتعمل خارجا مثل روبوتات الخدمة أو روبوتات البحث والإنقاذ أو روبوتات الحقل.
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.
والهدف الكبير هنا أن نستلهم من الحيوانات لصنع روبوتات يمكنها تحمل تضاريس صعبة -- سلالم أو جبال أو غابات، أماكن تجدها الروبوتات صعبة وتقوم فيها الحيوانات بعمل أفضل.
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.
يمكن للروبوت أن يكون أداة علمية رائعة أيضا.
The robot can be a wonderful scientific tool as well.
هناك بعض المشاريع الجيدة التي تُستخدم فيها الروبوتات كأداة علمية في علم الأعصاب أو الميكانيكا الحيوية أو الهيدروديناميك.
There are some very nice projects where robots are used, like a scientific tool for neuroscience, for biomechanics or for hydrodynamics.
وهذا بالضبط هدف بلوروبوت.
And this is exactly the purpose of Pleurobot.
ما نقوم به في مختبري هو التعاون مع علماء الأعصاب مثل جين ماري كابلغون، عالم أعصاب في بوردكس في فرنسا، ونريد أن نصنع نماذج للحبل الشوكي ونطبقها على الروبوتات.
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.
وهنا نريد أن نبدأ ببساطة.
And here we want to start simple.
لهذا من الأفضل أن نبدأ بالحيوانات البسيطة مثل الانقليس، وهو سمك بدائي جدا، ثم نتدرج إلى حركات معقدة أكثر، مثل تلك بالنسبة للسلمندر، ولكن أيضا في القطط والبشر في الثدييات.
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.
وهنا، الروبوت أصبح أداة مثيرة للاهتمام لتطبيق نماذجنا.
And here, a robot becomes an interesting tool to validate our models.
وفي الحقيقة، بليروبوت هو حلم تحول إلى واقع بالنسبة لي.
And in fact, for me, Pleurobot is a kind of dream becoming true.
قبل حوالي أقل أو أكثر من 20 سنة كنت فد بدأت بالعمل لصنع محاكيات لحركة الانقليس والسلمندر على حاسوب خلال تحضيري للدكتوراه
Like, more or less 20 years ago I was already working on a computer making simulations of lamprey and salamander locomotion during my PhD.
لكنني كنت دائما أعلم أن محاكياتي كانت فقط تقريبية.
But I always knew that my simulations were just approximations.
مثل، محاكاة الطبيعة في الماء أو مع الطين أو بيئة معقدة أكثر، من الصعب محاكاة ذلك بطريقة صحيحة على حاسوب.
Like, simulating the physics in water or with mud or with complex ground, it's very hard to simulate that properly on a computer.
لم لا يكون روبوت حقيقي وطبيعة حقيقية؟
Why not have a real robot and real physics?
لذا من بين جميع هذه الحيوانات، المفضل بالنسبة لي هو السمندل.
So among all these animals, one of my favorites is the salamander.
ستتساءلون لماذا، لأنه حيوان برمائي، إنه فعلا حيوان مهمّ من نظرة تطورية.
You might ask why, and it's because as an amphibian, it's a really key animal from an evolutionary point of view.
فهو يُشكل رابطا بين السباحة، كما تجد ذلك في الثعابين أو السمك، وذوات القوائم الأربعة، كما ترون ذلك في الثدييات
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.
وفي واقع الأمر السمندل الحديث قريب جدا للفقريات الأولية البرية، إذن هي تقريبا احفوريات حية، ثتيح لنا الوصول إلى أسلافنا، أسلافنا من رباعيات الأرجل.
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.
لذا يسبح السمندل بالقيام بما يُسمّى مشية السباحة الحلزونية، لذا يقومون بنشر موجة نتيجة نشاطهم العضلي من الرأس إلى الذيل.
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.
وإذا قمت بوضع السمندل على الأرض، فسيُحوّل مشيته إلى ما يُسمّى مشية الهرولة.
And if you place the salamander on the ground, it switches to what's called a walking trot gait.
في هذه الحالة، لديكم نوع جميل من الحركة الدورية للأطراف وهي متناسقة بشكل رائع مع موجة الجسم هذه، وهذابالضبط نوع المشية الذي ترونه هنا على بلوروبت.
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.
حاليا، شيء واحد رائع ومدهش حقا، حقيقة أن كل هذا يمكن توليده فقط من خلال النخاع الشوكي والجسد.
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.
غن أخذنم سمندلا من دون وظيفة الدماغ -- هذا جميل ولكن ينبغي نزع الرأس-- وإن قمتم بتحفيز النخاع الشوكي كهربائيا، بمستوى منخفض للتحفيز هذا سيولد مشية تشبه المشية العادية.
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.
وإن قمتم بالتحفيز أكثر، ستتارع المشية.
If you stimulate a bit more, the gait accelerates.
وفي مكان ما، توجد عتبة، وبصفة تلقائية سيتحول الحيوان إلى وضعية السباحة.
And at some point, there's a threshold, and automatically, the animal switches to swimming.
هذا مدهش.
This is amazing.
مجرد تغيير للتوجه الكلي، كما لو أنك تضغط على دواسة البنزين لتعديل النخاع الشوكي، وهو ما يُغيّر بين نوعين مختلفين من المشية.
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.
في واقع الأمر، تمت ملاحظة نفس الشيء بالنسبة للقطط.
And in fact, the same has been observed in cats.
إذا قمت بتحفيز النخاع الشوكي لقطّ، يمكن التغيير بين المشي والهرولة والركض.
If you stimulate the spinal cord of a cat, you can switch between walk, trot and gallop.
أما بالنسبة للطيور، يمكن أن يُغيّر الطير على مستوى منخفض من التحفيز، ويُرفرف أجنحته على مستوى عال من التخفيض.
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.
وهذا يُبرهن أن الحبل الشوكي متحكّم متطور جدا في الحركة.
And this really shows that the spinal cord is a very sophisticated locomotion controller.
لذا درسنا حركة السمندل بشكل مفصل أكثر، واستطعنا الحصول على آلة للفيديو بالأشعة السينية من الدكتور مارتن فيشر في جامعة جينا في ألمانيا.
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.
وبفضل هذا، لدينا آلة مذهلة لتسجيل جميع حركات العظم بكلّ التفاصيل.
And thanks to that, you really have an amazing machine to record all the bone motion in great detail.
وهذا ما قمنا به.
That's what we did.
لذا حددنا العظام المهمّة بالنسبة لنا وجمعنا حركاتهم بطريقة 3D.
So we basically figured out which bones are important for us and collected their motion in 3D.
وما قمنا به هو جمع قاعدة بيانات كاملة من الحركات، على الأرض وفي الماء، لجمع قاعدة بيانات للحركات يمكن لحيوان القيام بها.
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.
ويكمن دورنا كمختصين في الروبوتات لتشخيص هذا في روبوتنا.
And then our job as roboticists was to replicate that in our robot.
لذا قمنا بعملية تحسين كلية لإيجاد الهيكل الصحيح، لوضع المحركات، وكيفية ربطها معا، والقدرة على إعادة هذه الحركات قدر الإمكان.
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.
وهكذا أصبح البلوروبوت حيّا.
And this is how Pleurobot came to life.
لذا لنرى مدى الشبه بينه وبين الحيوان الحقيقي.
So let's look at how close it is to the real animal.
لذل ما ترونه هنا هو تقريبا مقارنة مباشرة بين مشية الحيوان الحقيقي والبلوروبوت.
So what you see here is almost a direct comparison between the walking of the real animal and the Pleurobot.
كما ترون تقريبا يقع التكرار للمشية بالضبط.
You can see that we have almost a one-to-one exact replay of the walking gait.
إذا رجعت إلى الخلف قليلا، يمكنك رؤية ذلك بطريقة أفضل.
If you go backwards and slowly, you see it even better.
ولكن أحسن من ذلك، يمكننا السباحة.
But even better, we can do swimming.
لذا من أجل ذلك، نملك بدلة جافة نغطي بها الروبوت-- ثم نستطيع وضعه في الماء والبدء في المشي.
So for that we have a dry suit that we put all over the robot -- and then we can go in water and start replaying the swimming gaits.
وهنا كنا سعداء، لأن هذا يصعب القيام به.
And here, we were very happy, because this is difficult to do.
إن فيزياء التفاعل معقدة جدا.
The physics of interaction are complex.
فروبوتنا أكبر بكثير من حيوان صغير، لذا كان علينا القيام بما يُسمّى التدريج الديناميكي للترددات للتأكد من نفس التفاعل الفيزيائي.
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.
ولكن كما ترون في النهاية لدينا تقريبا نفس النموذج، وكنا مسرورين بذلك جدا.
But you see at the end, we have a very close match, and we were very, very happy with this.
لذا لنتحدث عن النخاع الشوكي.
So let's go to the spinal cord.
لذا هذا ما قمنا به مع جون ماري كابلجون تصميم نموذج دوائر الحبل الشوكي.
So here what we did with Jean-Marie Cabelguen is model the spinal cord circuits.
والمثير للإهتمام أن السمندل حافظ على دارة بدائية جدا، وهي مشابهة تماما لما وجدناه عند الانقليس، هذا ثعبان البحر البدائي المشابه للسمكة، ويبدو أنه خلال التطور، أُضيفت مذبذبات عصبية للتحكم في الأطراف للقيام بتحريك الساق.
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.
ونعرف أين توجد هذه المذبذبات العصبية ولكن ما قمنا به كان صنع نموذج رياضي لنرى كيف ينبغي أن ترتبط للسماح بهذا التغيير بين نوعين مختلفين من المشيات.
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.
وقمنا باختبار ذلك على الروبوت.
And we tested that on board of a robot.
وهذا ما يبدو عليه الأمر.
And this is how it looks.
لذا ما ترونه هنا هو نسخة سابقة لبلوروبوت يتم التحكم فيه من خلال نموذجنا للنخاع الشوكي المبرمج على الروبوت.
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.
الشيء الوحيد الذي نقوم به هو إرسال إشارتين من خلال أداة التحكم والتي من المفترض استقبالها من الجزء العلوي للدماغ.
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.
والمثير للاهتمام، أنه من خلال اللعب بهذه الإشارات، يمكننا التحكم بالسرعة والاتجاه ونوع المشية بشكل كلي.
And what's interesting is, by playing with these signals, we can completely control speed, heading and type of gait.
على سبيل المثال، عندما نقوم بالتحفيز على مستوى منخفض، نتحصل على المشي، وفي مرحلة ما، إذا قمنا بالكثير من التحفيز، تتحوّل المشية بسرعة كبيرة إلى السباحة.
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.
وأخيرا، يمكننا تغيير الاتجاه بكل سهولة وروعة من خلال تحفيز جانب واحد من النخاع الشوكي.
And finally, we can also do turning very nicely by just stimulating more one side of the spinal cord than the other.
أعتقد أن ذلك جميل كيف قامت الطبيعة بتوزيع التحكم لإعطاء النخاع الشوكي المسؤولية الكبيرة لكي لا يحتاج الجزء العلوي من الدماغ إلى القلق على كل عضلة.
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.
ينبغي أن يتحكم في الحركات الصعبة، وتكمن وظيفة النخاع الشوكي في التنسيق بين جميع العضلات.
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.
الآن لننطلق إلى تحرك القط وأهمية الميكانيكا الحيوية.
So now let's go to cat locomotion and the importance of biomechanics.
إذن هذا مشروع آخر حيث درسنا الميكانيكا الحيوية للقطط، وأردنا معرفة مدى مساعدة الشكل على الحركة.
So this is another project where we studied cat biomechanics, and we wanted to see how much the morphology helps locomotion.
ووجدنا 3 أشياء مهمة للخاصيات، أساسية للأطراف.
And we found three important criteria in the properties, basically, of the limbs.
أول شيء هو أن أطراف القط تشبه هيكلتها البنتوغراف.
The first one is that a cat limb more or less looks like a pantograph-like structure.
البنتوغراف هو هيكل ميكانيكي يُحافظ على الجزء العلوي والسفلي دائما متوازين.
So a pantograph is a mechanical structure which keeps the upper segment and the lower segments always parallel.
إذا نظام هندسي بسيط يُنسّق نوعا ما الحركة الداخلية للأجزاء.
So a simple geometrical system that kind of coordinates a bit the internal movement of the segments.
والخاصيّة الأخرى لأطراف القط أنها خفيفة الوزن.
A second property of cat limbs is that they are very lightweight.
توجد معظم العضلات في الجسم، وهذه فكرة جيدة، لأن الأطراف لها قصور ذاتي ضئيل ويمكن أن تتحرك بسرعة كبيرة جدا.
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.
والخاصية الأخيرة المهمّة هي السلوك المرن جدا لأطراف القط، للتعامل مع الآثار والقُوى.
The last final important property is this very elastic behavior of the cat limb, so to handle impacts and forces.
وهكذا قمنا بتصميم شبل الفهد.
And this is how we designed Cheetah-Cub.
لندعو شبل الفهد إلى المسرح.
So let's invite Cheetah-Cub onstage.
هذا السيد بيتر إكرت الذي يقوم بالكتوراه خاصته حول هذا الروبوت، وكما ترون، هو روبوت صغير جميل.
So this is Peter Eckert, who does his PhD on this robot, and as you see, it's a cute little robot.
يبدو مثل اللعبة، ولكن تم استعماله حقا كأداة علمية للتحقيق في هذه الخاصيات لأطراف القط.
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.
ذا كما ترون، هي متوافقة للغاية، وخفيفة الوزن، ومرنة جدا أيضا، لذا يمكنكم الضغط عليها ولن يتم كسرها.
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.
بل ستقفز في الحقيقة.
It will just jump, in fact.
وخاصية المرونة هذه مهمة جدا.
And this very elastic property is also very important.
ترون قليلا من هذه الخاصيات لهذه الأجزاء الثلاثة للساق كبنتوغراف.
And you also see a bit these properties of these three segments of the leg as pantograph.
حاليا، المثير للاهتمام هو هذه المشية الديناميكية هي نتيجة لوثبة كبيرة، يعني دون أجهزة استشعار ولا ردود فعل معقدة للوثبات.
Now, what's interesting is that this quite dynamic gait is obtained purely in open loop, meaning no sensors, no complex feedback loops.
وهذا مثير للاهتمام لأنه يعني أن الميكانكيون هم من ثبتوا هذه المشية السريعة جدا، وأن الميكانكيون الماهرون فقط هم من يستطيعون تلخيص الحركة.
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.
يمكننا حتى تعديل الحركة، كما سترون في الفيديو التالي، أين يمكننا القيام ببعض التمارين حيث ينبغي على الروبوت أن ينخفض، ولن يسقط، والتي كانت مفاجأة بالنسبة لنا.
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.
هذا تعديل بسيط.
This is a small perturbation.
كنت أتوقع السقوط الفوري للروبوت، بسبب انعدام أجهزة الاستشعار وردود الفعل السريعة.
I was expecting the robot to immediately fall over, because there are no sensors, no fast feedback loop.