through the magnifying glass of science,

自然を深く観察し

designers extract principles, processes and materials

デザイナーは その原理や

that are forming the very basis of design methodology.

デザイン体系の 基盤を築いている

From synthetic constructs that resemble biological materials,

プロセスや素材を学び取り

to computational methods that emulate neural processes,

自然は 生物由来の素材を模倣した

nature is driving design.

人工の構成物から

Design is also driving nature.

神経プロセスを模倣した 計算方法に至るまで

In realms of genetics, regenerative medicine and synthetic biology,

デザインを進化させています

designers are growing novel technologies,

同時にデザインもまた 自然を進化させています

not foreseen or anticipated by nature.

遺伝学や再生医学の分野で

Bionics explores the interplay between biology and design.

そして合成生物学で

As you can see, my legs are bionic.

デザイナーは自然界では予期されなかった

Today, I will tell human stories of bionic integration;

全く新しい技術を生み出しています

how electromechanics attached to the body, and implanted inside the body

バイオニクス（生体工学）は 生物学とデザインの

are beginning to bridge the gap between disability and ability,

相互作用を探ります

between human limitation and human potential.

ご覧の通り 私の足はバイオニック義肢です

Bionics has defined my physicality.

今日は人とバイオニック技術との

In 1982, both of my legs were amputated

融合についてお話します

due to tissue damage from frostbite,

体に装着したり 体内に埋め込んだ

incurred during a mountain-climbing accident.

電子制御装置が

At that time, I didn't view my body as broken.

いかに 障がいと健常の間を埋め

I reasoned that a human being can never be "broken."

いかに 障がいと健常の間を埋め

Technology is broken.

人間の限界と可能性の

Technology is inadequate.

溝を埋め始めているかという話です

This simple but powerful idea was a call to arms,

バイオニクスは私の身体を定義しています

to advance technology for the elimination of my own disability,

1982年に私は両脚を失いました

and ultimately, the disability of others.

登山事故により凍傷で組織が

I began by developing specialized limbs

損傷してしまった為です

that allowed me to return to the vertical world

その当時 私は自分の体を

of rock and ice climbing.

壊れたものとして見ませんでした

I quickly realized that the artificial part of my body is malleable;

人間の身体は

able to take on any form, any function --

決して壊れるはずがないと考えたのです

a blank slate for which to create,

壊れているのは技術の方で

perhaps, structures that could extend beyond biological capability.

技術が不十分だったのです

I made my height adjustable.

このシンプルで強力なアイデアが

I could be as short as five feet or as tall as I'd like.

動機となって 私は

(Laughter)

技術を前進させ

So when I was feeling bad about myself,

自分の障がいや さらには

insecure, I would jack my height up.

他者の障がいをも なくそうと 心に決めたのです

(Laughter)

私は まず自分が ロックやアイスクライミングの

But when I was feeling confident and suave,

垂直の世界に戻る為の

I would knock my height down a notch, just to give the competition a chance.

特殊な義足の開発から始めました

(Laughter)

すぐに気付いたのは 人工的な私の身体の部分は

(Applause)

自由自在に

Narrow-edged feet allowed me to climb steep rock fissures,

好きな形態や機能を 持つことができ

where the human foot cannot penetrate,

白紙の状態で 固定概念に捕らわれず

and spiked feet enabled me to climb vertical ice walls,

生物学的限界を超える機能を持つ構造をも

without ever experiencing muscle leg fatigue.

創り出せるということでした

Through technological innovation,

私は背丈を 調整可能にしてみました

I returned to my sport, stronger and better.

150センチ程に低くも 好きなだけ高くもできるんです

Technology had eliminated my disability,

（笑）

and allowed me a new climbing prowess.

落ち込んでいたり

As a young man, I imagined a future world where technology so advanced

自信を無くしている時は背を高くしてみたり

could rid the world of disability,

自信に溢れ 余裕を感じている時は

a world in which neural implants would allow

相手にハンデを与えるために

the visually impaired to see.

ちょっと身長を低くしてみたりしました

A world in which the paralyzed could walk, via body exoskeletons.

（笑）（拍手）

Sadly, because of deficiencies in technology,

幅の狭いくさび形の足を使えば 普通では―

disability is rampant in the world.

足場が確保出来ないような

This gentleman is missing three limbs.

急な岩の亀裂を登る事が出来たし

As a testimony to current technology, he is out of the wheelchair,

スパイクのついた足で

but we need to do a better job in bionics, to allow, one day, full rehabilitation

垂直の氷の壁を 筋肉疲労無しに

for a person with this level of injury.

登る事が出来ました

At the MIT Media Lab, we've established the Center for Extreme Bionics.

技術革新により 私は自分のスポーツに

The mission of the center is to put forth fundamental science

さらに強くなって復帰しました

and technological capability

テクノロジーは私の障がいを取り除き

that will allow the biomechatronic and regenerative repair of humans,

新しいクライミング能力を与えました

across a broad range of brain and body disabilities.

若かった私は 未来は

Today, I'm going to tell you how my legs function, how they work,

技術の進化により

as a case in point for this center.

障がいのない世界が実現し

Now, I made sure to shave my legs last night,

神経移植により

because I knew I'd be showing them off.

視覚障害者が視力を取り戻したり

(Laughter)

身体が麻痺した人が外骨格を装着して

Bionics entails the engineering of extreme interfaces.

再び歩く事が出来る世界を想像しました

There's three extreme interfaces in my bionic limbs:

残念な事に 技術が未熟な為に

mechanical, how my limbs are attached to my biological body;

障がいは世界で蔓延しています

dynamic, how they move like flesh and bone;

この男性は手足３本を失っています

and electrical, how they communicate with my nervous system.

現在の技術のおかげで 車いすからは

I'll begin with mechanical interface.

解放されていますが

In the area of design, we still do not understand

いつか彼のような 重度の障がいを持つ人が

how to attach devices to the body mechanically.

完全に不自由さを克服できるように

It's extraordinary to me that in this day and age,

バイオニクスを さらに 進歩させなければなりません

one of the most mature, oldest technologies

MITメディアラボでは エクストリーム・

in the human timeline, the shoe, still gives us blisters.

バイオニクス・センターを設立しました

How can this be?

私たちのミッションは

We have no idea how to attach things to our bodies.

生体機械工学や 再生機能を通じて

This is the beautifully lyrical design work

様々な脳や身体の機能障害を修復すべく

of Professor Neri Oxman at the MIT Media Lab,

様々な脳や身体の機能障害を修復すべく

showing spatially varying exoskeletal impedances,

基礎科学の研究や技術力を

shown here by color variation in this 3D-printed model.

推進して行くことです

Imagine a future where clothing is stiff and soft where you need it,

今日は このセンターの取り組みの

when you need it, for optimal support and flexibility,

良い例として 皆さんに私の脚が

without ever causing discomfort.

どう動き機能するのかをお見せしましょう

My bionic limbs are attached to my biological body

昨夜 ちゃんと足を剃って来ました

via synthetic skins with stiffness variations,

皆さんに披露するのですからね

that mirror my underlying tissue biomechanics.

バイオニクスは高度なインターフェース工学を伴います

To achieve that mirroring, we first developed a mathematical model

私のバイオニック義肢には ３つのインターフェースが使われています

of my biological limb.

「機械的」なものは 義肢を私自身の身体に

To that end, we used imaging tools such as MRI,

どう取り付けるかというもので

to look inside my body,

「動的」 なものは 生身の脚のようにどう動かすか

to figure out the geometries and locations of various tissues.

「電気的」なものは

We also took robotic tools --

神経系と情報交換する技術です

here's a 14-actuator circle that goes around the biological limb.

まず機械的なインターフェースから お話しします

The actuators come in, find the surface of the limb,

デザインの領域では 私達は未だに

measure its unloaded shape,

デバイスを上手く身体に 取付けることができません

and then they push on the tissues

この時代にもなって 人類史上

to measure tissue compliances at each anatomical point.

最も成熟し 最も古い技術の一つである

We combine these imaging and robotic data

「靴」が いまだに靴擦れを引き起こすなんて

to build a mathematical description of my biological limb, shown on the left.

信じられません

You see a bunch of points, or nodes?

一体なぜなのでしょう？

At each node, there's a color that represents tissue compliance.

私達は物を人体にうまく取付ける 方法を全くわかっていないのです

We then do a mathematical transformation to the design of the synthetic skin,

これはMITメディアラボ ネリ・オックスマン教授の

shown on the right.

美しく叙情的なデザイン作品です

And we've discovered optimality is:

外骨格の場所により異なる抵抗力を

where the body is stiff, the synthetic skin should be soft,

カラーバリエーションによって

where the body is soft, the synthetic skin is stiff,

３D プリントされたモデルで表したものです

and this mirroring occurs across all tissue compliances.

場所や状況に応じて各部の硬さが変わり

With this framework, we've produced bionic limbs

場所や状況に応じて各部の硬さが変わり

that are the most comfortable limbs I've ever worn.

最適なサポートと柔軟性をもたらすと同時に

Clearly, in the future, our clothing, our shoes, our braces, our prostheses,

常に快適な未来の衣服を想像してみて下さい

will no longer be designed and manufactured using artisan strategies,

私のバイオニック義肢は私の身体に

but rather, data-driven quantitative frameworks.

人工の皮膚素材で装着されていますが

In that future, our shoes will no longer give us blisters.

その硬さは

We're also embedding sensing and smart materials

装着部の組織の生体力学に対応して 変化します

into the synthetic skins.

この対応を可能にするために

This is a material developed by SRI International, California.

まず 私の脚の数学的モデルを作りました

Under electrostatic effect, it changes stiffness.

まず 私の脚の数学的モデルを作りました

So under zero voltage, the material is compliant,

その為にMRIなどのイメージングツールを使用して

it's floppy like paper.

体の内部の画像を得て

Then the button's pushed, a voltage is applied,

さまざまな組織の形状構造や

and it becomes stiff as a board.

位置を把握しました

(Tapping sounds)

また ロボティック・ツールも使いました

We embed this material into the synthetic skin

14のアクチュエータ付きのサークルは

that attaches my bionic limb to my biological body.

足の周りを囲み

When I walk here, it's no voltage.

アクチュエータが伸びて脚の表面を見つけ

My interface is soft and compliant.

圧迫しない状態での形を測定します

The button's pushed, voltage is applied, and it stiffens,

次に組織を押し

offering me a greater maneuverability over the bionic limb.

脚の各部位のポイントで

We're also building exoskeletons.

組織の弾性（コンプライアンス）を測ります

This exoskeleton becomes stiff and soft

これらの画像やロボットから 得たデータを統合し

in just the right areas of the running cycle,

左のように 私の下肢を

to protect the biological joints from high impacts and degradation.

数学的に表します

In the future, we'll all be wearing exoskeletons

画面上の多数の点はノードと呼ばれ

in common activities, such as running.

各ノードの色は組織の柔軟性を表しています

Next, dynamic interface.

これを数学的に変換して

How do my bionic limbs move like flesh and bone?

右のような人工皮膚の デザインに使います

At my MIT lab, we study how humans with normal physiologies

右のような人工皮膚の デザインに使います

stand, walk and run.

そして最適なのは

What are the muscles doing,

身体の硬い部分に当たる 人工皮膚は柔らかく

and how are they controlled by the spinal cord?

柔らかい部分では人工皮膚は硬い方が 良いとわかりました

This basic science motivates what we build.

そしてこの組み合わせは

We're building bionic ankles, knees and hips.

どの組織にも見られました

We're building body parts from the ground up.

このフレームワークを基に

The bionic limbs that I'm wearing are called BiOMs.

今まで私が試した中で

They've been fitted to nearly 1,000 patients,

最も快適なバイオニック義肢を 生み出しました

400 of which have been wounded U.S. soldiers.

明らかに 将来

How does it work?

私達の衣服や靴 矯正器具

At heel strike, under computer control,

そして義肢などのデザインや製造は

the system controls stiffness,

職人の技術に基づいた作業から

to attenuate the shock of the limb hitting the ground.

データによる数学的アプローチへと 移行するでしょう

Then at mid-stance, the bionic limb outputs high torques and powers

将来は 靴を履いて

to lift the person into the walking stride,

靴擦れができる事は無いでしょう

comparable to how muscles work in the calf region.

人工皮膚には センサーやスマートマテリアルを

This bionic propulsion is very important clinically to patients.

埋め込みました

So on the left, you see the bionic device worn by a lady,

これはカリフォルニア州の

on the right, a passive device worn by the same lady,

SRIインターナショナルが 開発した素材です

that fails to emulate normal muscle function,

静電効果により硬さが変化します

enabling her to do something everyone should be able to do:

電圧がゼロなら素材は柔らかく

go up and down their steps at home.

紙のようにしなります

Bionics also allows for extraordinary athletic feats.

ところが ボタンを押し電圧を加えると

Here's a gentleman running up a rocky pathway.

板のように硬くなります

This is Steve Martin -- not the comedian --

我々はこの素材を 私の身体とバイオニック義肢とをつなぐ

who lost his legs in a bomb blast in Afghanistan.

人工皮膚に埋め込みました

We're also building exoskeletal structures using these same principles,

このように歩いている時は

that wrap around the biological limb.

電圧は掛かっておらず

This gentleman does not have any leg condition, any disability.

このインターフェイスは柔らかく柔軟です

He has a normal physiology,

ボタンが押され電圧が加わると

so these exoskeletons are applying muscle-like torques and powers,

それは硬くなり

so that his own muscles need not apply those torques and powers.

バイオニック義肢の

This is the first exoskeleton in history that actually augments human walking.

より自由な操作が可能になります

It significantly reduces metabolic cost.

我々は 装着型の外骨格も作っています

It's so profound in its augmentation,

このエクソスケルトン（外骨格）は走行中に

that when a normal, healthy person wears the device for 40 minutes

必要な部分が硬くなったり 柔らかくなったりすることで

and then takes it off,

人の関節を

their own biological legs feel ridiculously heavy and awkward.

衝撃や磨耗から守ります

We're beginning the age in which machines attached to our bodies

将来は皆 エクソスケルトンを装着して

will make us stronger and faster and more efficient.

ランニングのような運動を するようになるでしょう

Moving on to electrical interface:

次に動的インターフェースですが

How do my bionic limbs communicate with my nervous system?

私のバイオニック義肢は何故 本物の脚のように動くのでしょう？

Across my residual limb are electrodes

私のMITの研究室では 人が通常

that measure the electrical pulse of my muscles.

どのように立ち､歩き､走るかを研究しています

That's communicated to the bionic limb,

筋肉がどう動いているか

so when I think about moving my phantom limb,

そして脊髄はそれらを どうコントロールしているか？

the robot tracks those movement desires.

この基本的な科学が 私達が作ろうとする物の基盤です

This diagram shows fundamentally how the bionic limb is controlled.

バイオニックな足首､膝､股関節などの

So we model the missing biological limb,

身体のパーツを 一から造り出そうとしているのです

and we've discovered what reflexes occurred,

私の装着しているバイオニック義肢は BiOMと呼ばれ

how the reflexes of the spinal cord are controlling the muscles.

これまで1,000人近い患者に 装着されて来ました

And that capability is embedded in the chips of the bionic limb.

そのうち400名は負傷した米国軍兵士です

What we've done, then, is we modulate the sensitivity of the reflex,

この仕組みは かかとが地に着くと コンピューター制御により

the modeled spinal reflex, with the neural signal,

システムが硬度をコントロールし

so when I relax my muscles in my residual limb,

義肢が地面にあたる衝撃を和らげます

I get very little torque and power,

歩行動作の途中で義肢からの

but the more I fire my muscles, the more torque I get,

トルク（回転力）とパワーが増加し 体を押し上げ

and I can even run.

前に進ませるのです

And that was the first demonstration of a running gait under neural command.

これはふくらはぎ周辺の筋肉と 同じ働きです

Feels great.

この生体工学による推進力は 実際

(Applause)

患者にとって 非常に重要です

We want to go a step further.

左の女性が着用しているのが

We want to actually close the loop

バイオニックデバイスです

between the human and the bionic external limb.

右の同じ女性が着用する受動的デバイスは

We're doing experiments

通常の筋肉機能を模倣出来ていません

where we're growing nerves, transected nerves,

これが誰もが通常出来るはずの

through channels, or micro-channel arrays.

自宅の階段の昇降などを

On the other side of the channel,

可能にしています

the nerve then attaches to cells,

バイオニック義肢は 驚くべき運動も可能にします

skin cells and muscle cells.

こちらは岩場を走る男性です

In the motor channels, we can sense how the person wishes to move.

彼の名はスティーブ・マーティン 同名のコメディアンとは別人です

That can be sent out wirelessly to the bionic limb,

彼はアフガニスタンで被爆し 両足を失いました

then [sensory information] on the bionic limb

私達は脚を囲むように装着する

can be converted to stimulations in adjacent channels,

エクソスケルトンも

sensory channels.

同じ原理に基づいて 作成しています

So when this is fully developed and for human use,

この男性は脚に

persons like myself will not only have

何の問題も 障がいもありません

synthetic limbs that move like flesh and bone,

健常な体です

but actually feel like flesh and bone.

このタイプのエクソスケルトンは

This video shows Lisa Mallette,

筋肉のような トルクとパワーを 脚に与えるので

shortly after being fitted with two bionic limbs.

自分の筋肉でそれらを

Indeed, bionics is making a profound difference in people's lives.

生み出す必要はありません

(Video) Lisa Mallette: Oh my God.

これは史上初の歩行を強化する

LM: Oh my God, I can't believe it!

エクソスケルトンで

(Video) (Laughter)

代謝コストを大幅に削減します

LM: It's just like I've got a real leg!

その強力な増強力のために

Woman: Now, don't start running.