Thanks for having me.
We have too many really exciting robotics works that I want to show you
but we only have 18 minutes,
so I really had a hard time trying to cut down the slides.
But let's see how it goes, we have 18 minutes
and an apology in advance, I'm probably going to speak really fast.
So, the first robot I'll talk about is called STriDER.
It stands for Self-excited Tripedal Dynamic Experimental Robot.
It's a robot that has three legs,
which is inspired by nature.
But have you seen anything in nature,
an animal that has three legs?
Probably not.
So, why do I call this a biologically inspired robot?
How would it work?
But before that, let's look at pop culture.
So, you know H.G. Wells' "War of the Worlds," novel and movie.
And what you see over here
is a very popular video game,
and in this fiction they describe these alien creatures
and robots that have three legs that terrorize Earth.
But my robot, STriDER, does not move like this.
So, how does it work?
So, this is an actual dynamic simulation animation.
I'm just going to show you how the robot works.
So when I go to robotics conferences,
I show this video to some of my colleagues
and everybody goes, wow, this is cool.
So when I click this, it's going to show an animation,
so everybody say "Ooh" and "Aah".
Ooh.
Aah. Isn't that cool?
It flips its body 180 degrees
and it swings its leg between the two legs and catches the fall.
So, that's how it walks.
If you think about it, it looks very complicated, almost organic.
But why are we trying to do this?
How is this biologically inspired?
Let me talk about it a little bit.
So, when you look at us human beings, bipedal walking,
what you're doing is you're not really using a muscle
to lift your leg and walk like a robot. Right?
What you're doing is you really swing your leg and catch the fall,
stand up again, swing your leg and catch the fall.
You're using your built-in dynamics, the physics of your body,
just like a pendulum.
We call that the concept of passive dynamic locomotion.
What you're doing is, when you stand up,
potential energy to kinetic energy,
potential energy to kinetic energy.
It's a constantly falling process.
So, even though there is nothing in nature that looks like this,
really, we were inspired by biology
and applying the principles of walking to this robot.
Thus it's a biologically inspired robot.
What you see over here, this is what we want to do next.
We want to fold up the legs and shoot it up for long-range motion.
And it deploys legs - it looks almost like "Star Wars" -
when it lands, it absorbs the shock and starts walking.
What you see over here, this yellow thing, this is not a death ray. (Laughter)
This is just to show you that if you have cameras
or different types of sensors -
because it is tall, it's 1.8 meters tall -
you can see over obstacles like bushes and those kinds of things.
So we have two prototypes.
The first version, in the back, that's STriDER I.
One of the problems that we had with STriDER I -
The one in front, the smaller, is STriDER II.
The problem that we had with STriDER I is
it was just too heavy in the body.
We had so many motors, you know, aligning the joints,
and those kinds of things.
So, we decided to synthesize a mechanical mechanism
so we could get rid of all the motors, and with a single motor
we can coordinate all the motions.
It's a mechanical solution to a problem, instead of using mechatronics.
So, with this now the top body is light enough.
So, it's walking in our lab; this was the very first successful step.
It's still not perfected - its coffee falls down -
so we still have a lot of work to do.
The second robot I want to talk about is called IMPASS.
It stands for
Intelligent Mobility Platform with Actuated Spoke System.
So, it's a wheel-leg hybrid robot.
So, think of a rimless wheel
or a spoke wheel,
but the spokes individually move in and out of the hub;
so, it's a wheel-leg hybrid.
We are literally re-inventing the wheel here.
Let me demonstrate how it works.
So, in this video we're using an approach
called the reactive approach.
Just simply using the tactile sensors on the feet,
it's trying to walk over a changing terrain,
a soft terrain where it pushes down and changes.
And just by the tactile information,
it successfully crosses over these type of terrain.
But, when it encounters a very extreme terrain,
in this case, this obstacle is more than three times
the height of the robot,
Then it switches to a deliberate mode,
where it uses a laser range finder,
and camera systems, to identify the obstacle and the size,
and it plans, carefully plans the motion of the spokes
and coordinates it so that it can show this
kind of very very impressive mobility.
You probably haven't seen anything like this out there.
This is a very high mobility robot
that we developed called IMPASS.
When you drive your car, when you steer it,
you use a method called Ackermann steering,
the front wheels rotate like this.
But most of the small wheeled robots use a method called differential steering
where the left and right wheel turn in opposite directions.
For IMPASS, we can do many, many different types of motion.
For example, in this case, even though the left and right wheel is connected
with a single axle rotating at the same angle of velocity,
we just simply change the length of the spoke.
It affects the diameter and then can turn to the left and to the right.
These are just some examples
of the neat things that we can do with IMPASS.
This robot is called CLIMBeR:
Cable-suspended Limbed Intelligent Matching Behavior Robot.
So, I've been talking to a lot of NASA JPL scientists -
at JPL they are famous for the Mars rovers -
and the scientists, geologists always tell me
that the real interesting science,
the science-rich sites, are always at the cliffs.
But the current rovers cannot get there.
So, inspired by that we wanted to build a robot
that can climb a structured cliff environment.
So, this is CLIMBeR.
So, what it does, it has three legs. It's difficult to see,
but it has a winch and a cable at the top -
and it tries to figure out the best place to put its foot.
And then once it figures that out
in real time, it calculates the force distribution:
how much force it needs to exert to the surface
so it doesn't tip and doesn't slip.
Once it stabilizes that, it lifts a foot,
and then with the winch it can climb up these kinds of thing.
Also for search and rescue applications as well.
This robot is called MARS: Multi-Appendage Robotic System.
Five years ago I actually worked at NASA JPL
during the summer as a faculty fellow.
And they already had a six legged robot called LEMUR.
So, this is actually based on that.
So, it's a hexapod robot.
We developed our adaptive gait planner.
We actually have a very interesting payload on there.
The students like to have fun.
It shows very interesting mobility,
and here you can see that it's walking over a structured terrain.
It's little bit difficult to see, in the videos over here,
it's trying to walk on the coastal terrain, sandy area,
but depending on the moisture content or the grain size of the sand
the foot's soil sinkage model changes.
So, it tries to adapt its gait
to successfully cross over these kind of things.
It also does some fun stuff, as you can imagine.
We get so many visitors visiting our lab.
So, when the visitors come, MARS walks up to the computer,
starts typing "Hello, my name is MARS.
Welcome to RoMeLa,
the Robotics Mechanisms Laboratory at Virginia Tech."
This robot is an amoeba robot.
Now, we don't have enough time to go into technical details,
I'll just show you some of the experiments.
So, this is some of the early feasibility experiments.
We store potential energy to the elastic skin to make it move.
Or use active tension cords to make it move forward and backward.
We've also been working with scientists and engineers from UPenn
to come up with a chemically actuated version of this Amoeba robot.
We do something to something,
and just like magic, it moves. The blob.
It's called ChIMERA.
This robot is a very recent project.
It's called RAPHaEL.
Robotic Air Powered Hand with Elastic Ligaments.
There are a lot of really neat, very good robotic hands out there in the market.
The problem is they're just too expensive, tens of thousands of dollars.
So, for prosthesis applications it's probably not too practical,
because it's not affordable.
We wanted to go tackle this problem in a very different direction.
Instead of using electrical motors, electromechanical actuators,
we're using compressed air.
We developed these novel actuators for joints.
It is compliant. You can actually change the force,
simply just changing the air pressure.
And it can actually crush an empty soda can.
It can pick up very delicate objects like a raw egg,
or in this case, a lightbulb.
The best part, it took only $200 dollars to make the first prototype.
This robot is actually a family of snake robots
that we call HyDRAS,
Hyper Degrees-of-freedom Robotic Articulated Serpentine.
The one that you see over here - you can see it outdoors in the lobby
we actually have a demo, please stop by during the break time.
This is a robot that can climb structures.
This is a HyDRAS's arm.
It's a 12 degrees of freedom robotic arm.
But the cool part is the user interface.
The cable over there, that's an optical fiber.
And this student, probably the first time using it,
but she can articulate it many different ways.
So, for example in Iraq, you know, the war zone,
there is roadside bombs.
Currently you send these remotely controlled vehicles that are armed.
It takes really a lot of time and it's expensive
to train the operator to operate this complex arm.
In this case it's very intuitive;
this student, probably his first time using it,
doing very complex manipulation tasks,
picking up objects and doing manipulation, just like that.
Very intuitive.
Now, this robot is currently our star robot.
We actually have a fan club for the robot, DARwIn:
Dynamic Anthropomorphic Robot with Intelligence.
As you know, we are very interested in human walking,
so we decided to build a small humanoid robot.
This was in 2004; at that time,
this was something really revolutionary.
This was more of a feasibility study:
What kind of motors should we use?
Is it even possible? What kinds of controls should we do?
So, this does not have any sensors.
So, it's an open loop control.
For those who probably know, if you don't have any sensors
and there are any disturbances, you know what happens.
(Laughter)
So, based on that success, the following year
we did the proper mechanical design
starting from kinematics.
And thus, DARwIn I was born in 2005.
It stands up, it walks - very impressive.
However, still, as you can see, it has a cord, umbilical cord.
So, we're still using an external power source
and external computation.
So, in 2006, now it's really time to have fun.
Let's give it intelligence.
We give it all the computing power it needs:
a 1.5 gigahertz Pentium M chip,
two FireWire cameras, rate gyros, accelerometers,
four force sensors on the foot, lithium polymer batteries.
And now DARwIn II is completely autonomous.
It is not remote controlled.
There are no tethers. It looks around, searches for the ball,
looks around, searches for the ball, and it tries to play a game of soccer,
autonomously: artificial intelligence.
Let's see how it does. This was our very first trial, and...
(Video): Spectators: Goal!
Dennis Hong: So, there is actually a competition called RoboCup.
I don't know how many of you have heard about RoboCup.
It's an international autonomous robot soccer competition.
And the goal of RoboCup, the actual goal is,
by the year 2050
we want to have full size, autonomous humanoid robots
play soccer against the human World Cup champions
and win.
It's a true actual goal. It's a very ambitious goal,
but we truly believe that we can do it.
So, this is last year in China.
We were the very first team in the United States that qualified
in the humanoid RoboCup competition.
This is this year in Austria.
You're going to see the action, three against three,
completely autonomous.
There you go. Yes!
The robots track and they
team play amongst themselves.
It's very impressive. It's really a research event
packaged in a more exciting competition event.
What you see over here, this is the beautiful
Louis Vuitton Cup trophy.
So, this is for the best humanoid,
and we would like to bring this for the very first time,
to the United States next year, so wish us luck.
(Applause)
Thank you.
DARwIn also has a lot of other talents.
Last year it actually conducted the Roanoke Symphony Orchestra
for the holiday concert.
This is the next generation robot, DARwIn IV,
but smarter, faster, stronger.
And it's trying to show off its ability:
"I'm macho, I'm strong.
I can also do some Jackie Chan-motion,
martial art movements."
(Laughter)
And it walks away. So, this is DARwIn IV.
And again, you'll be able to see it in the lobby.
We truly believe this is going to be the very first
running humanoid robot in the United States, so, stay tuned.
All right. So I showed you some of our exciting robots at work.
So, what is the secret of our success?
Where do we come up with these ideas?
How do we develop these kinds of ideas?
We win awards after awards, year after year.
We're actually running out of wall space to put these plaques,
they're staring to accumulate on the floor hopefully we didn't loose any.
These are just the awards that we won in 2007 fall
from robotics competitions and those kinds of things.
So, really, we have five secrets.
First is: Where do we get inspiration?
Where do we get this spark of imagination?
This is a true story, my personal story.
At night when I go to bed, 3 - 4 a.m.
I lie down, close my eyes, and I see these lines and circles
and different shapes floating around.
And they assemble, and they form these kinds of mechanisms.
And then I think, "Ah this is cool."
So, right next to my bed I keep a notebook,
a journal, with a special pen that has a light on it, LED light,
because I don't want to turn on the light and wake up my wife.
So, I see this, scribble everything down, draw things, and I go to bed.
Every day in the morning,
the first thing I do before my first cup of coffee,
before I brush my teeth, I open my notebook.
Many times it's empty,
sometimes I have something there - sometimes it's junk
but most of the time I can't even read my handwriting.
And so, 4 in the morning, what do you expect, right?
So, I need to decipher what I wrote.
But sometimes I see this ingenious idea in there,
and I have this eureka moment.
I directly run to my home office, sit at my computer,
I type in the ideas, I sketch things out
and I keep a database of ideas.
So, when we have these calls for proposals,
I try to find a match between my potential ideas and the problem.
If there is a match we write a research proposal,
get the research funding in, and that's how we start our research programs.
But just a spark of imagination is not good enough.
How do we develop these kinds of ideas?
At our lab RoMeLa, the Robotics and Mechanisms Laboratory,
we have these fantastic brainstorming sessions.
So, we gather around, we discuss about problems
and solutions to the problems and talk about it.
But before we start we set this golden rule.
The rule is:
Nobody criticizes anybody's ideas.
Nobody criticizes any opinion.
This is important, because many times students, they fear
or they feel uncomfortable how others might think
about their opinions and thoughts.
So, once you do this, it is amazing
how the students open up.
They have these wacky, cool, crazy, brilliant ideas,
and the whole room is just electrified with creative energy.
And this is how we develop our ideas.
Well, we're running out of time.
One more thing I want to talk about is,
you know, just a spark of idea and development is not good enough.
There was a great TED moment,
I think it was Sir Ken Robinson, was it?
He gave a talk about how education
and school kills creativity.
Well, actually, there are two sides to the story.
So, there is only so much one can do
with just ingenious ideas
and creativity and good engineering intuition.
If you want to go beyond a tinkering,
if you want to go beyond a hobby of robotics
and really tackle the grand challenges of robotics
through rigorous research we need more than that.
This is where school comes in.
Batman, fighting against bad guys,
he has his utility belt, he has his grappling hook,
he has all different kinds of gadgets.
For us roboticists, engineers and scientists,
these tools, these are the courses and classes you take in class.
Math, differential equations.
I have linear algebra, science, physics,
even nowadays, chemistry and biology, as you've seen.
These are all the tools that we need.
So, the more tools you have, for Batman,
more effective at fighting the bad guys,
for us, more tools to attack these kinds of big problems.
So, education is very important.
Also, it's not about that, only about that.
You also have to work really, really hard.
So, I always tell my students,
"Work smart, then work hard."
This picture in the back this is 3 in the morning.
I guarantee if you come to your lab at 3 - 4 am
we have students working there,
not because I tell them to, but because we are having too much fun.
Which leads to the last topic:
Do not forget to have fun.
That's really the secret of our success, we're having too much fun.
I truly believe that highest productivity comes when you're having fun,
and that's what we're doing.
Again, we're running out of time.
Hopefully I'll have another chance to talk to you about and introduce
some other exciting robotics projects that we didn't have time to talk about.
We have a fully autonomous vehicle
that can drive into urban environments.
We won a half a million dollars in the DARPA Urban Challenge.
We also have the world's very first
vehicle that can be driven by the blind.
We call it the Blind Driver Challenge, very exciting.
And many, many other robotics projects I want to talk about.
There you go. Go out there, read a great book.
Get inspired, invent, work really hard.
Stay in school.
Come up with cool ideas, I'll be happy to learn more about [them].
Shoot me an email, let's talk about it.
There you go. Thank you so much.
(Applause)
Gracias por invitarme.
Tenemos muchos trabajos en robótica muy apasionantes que quiero mostrarles
pero solo 18 minutos,
así que me costó mucho reducir las diapositivas.
Veremos cómo va, son 18 minutos,
me disculpo de antemano, quizá hable demasiado rápido.
El primer robot del que hablaré se llama STriDER,
que significa "Robot Experimental Dinámico Trípode Autoexcitado".
Es un robot de 3 patas
inspirado en la naturaleza.
Pero ¿alguien ha visto en la naturaleza
un animal de 3 patas?
Probablemente no.
Entonces ¿por qué lo llamamos robot bioinspirado?
¿Cómo funciona?
Pero, antes de eso veamos la cultura popular.
Conocen la novela y la película "La guerra de los mundos", de H.G. Wells.
Aquí ven un videojuego muy popular.
En esta ficción se describe las criaturas alienígenas
como robots de 3 patas que aterrorizan a la Tierra.
Pero mi robot STriDER no se mueve de esta manera.
¿Cómo funciona?
Esto es una simulación dinámica animada.
Les enseñaré cómo funciona el robot:
Cuando voy a conferencias de robótica,
muestro este video a algunos colegas
y todos dicen, guau, es genial.
Cuando haga clic, mostrará una animación
para que todos digan "Ohh" y "Ahh".
Ohh.
Ahh. ¿No es genial?
Voltea su cuerpo 180º,
y balancea una pata entre las otras 2 para detener la caída.
Así camina.
Si lo piensan, parece muy complicado, casi orgánico.
Pero ¿por qué lo intentamos?
¿Por qué es bioinspirado?
Hablaré un poco sobre eso.
Los humanos, al caminar con 2 piernas,
no usamos un músculo
para levantar así la pierna y andar como un robot, ¿no?
Balanceamos una pierna y detenemos la caída,
levantamos de nuevo, balanceamos la pierna y detenemos la caída.
Usamos la propia dinámica, la física de nuestro cuerpo
igual que un péndulo.
Lo llamamos locomoción dinámica pasiva.
Al levantarnos, convertimos
energía potencial en energía cinética,
energía potencial en energía cinética.
Es un proceso de caída constante.
Así, aunque no hay nada en la naturaleza con este aspecto
en realidad nos hemos inspirado en la biología
y hemos aplicado a este robot los principios del caminar.
Por lo tanto, es un robot biológicamente inspirado.
Lo que ven aquí es lo próximo que queremos hacer.
Queremos plegar las patas y dispararlo en un movimiento de largo alcance.
Entonces despliega sus patas... casi parece de Star Wars.
Al aterrizar amortigua el impacto y empieza a caminar.
Lo que ven por aquí, esto amarillo, no es un rayo de la muerte. (Risas)
Es solo para ilustrar que si tienen cámaras
o diferentes tipos de sensores
ya que es alto, mide 1,80 metros,
puede ver por encima de obstáculos como arbustos y demás.
Tenemos dos prototipos.
La primera versión, al fondo, se llama STriDER I.
Uno de los problemas de STriDER I...
El del frente, más pequeño, es STriDER II.
El STriDER I tenía el problema de un cuerpo demasiado pesado.
Tenía muchos motores para alinear las articulaciones y demás.
Decidimos sintetizar un mecanismo
para librarnos de tantos motores, y con un único motor
podemos coordinar todos los movimientos.
Es una solución mecánica al problema, en lugar de emplear mecatrónica.
El cuerpo central es lo bastante liviano como para caminar en el laboratorio.
Este fue el primer paso que dio con éxito.
Aún no es perfecto así que todavía tenemos mucho trabajo por delante.
El segundo robot del que quiero hablar se llama IMPASS:
"Plataforma Móvil Inteligente con Sistema Activo Radial".
Es un robot con un híbrido de ruedas y patas.
Se puede entender como una rueda sin llanta
o una rueda radial.
Pero los radios entran y salen del eje individualmente
así que es un híbrido de rueda y patas.
Literalmente estamos reinventando la rueda.
Permítanme demostrarles cómo funciona.
En este video usamos una estrategia
que llamamos estrategia reactiva.
Usando solamente los sensores en los extremos
intenta caminar sobre un terreno cambiante
un terreno blando que se deforma y cambia.
Y solo con la información táctil
consigue cruzar por este tipo de terreno.
Pero cuando encuentra un terreno extremo,
en este caso el obstáculo, mide más del triple
de altura que el robot.
Luego entra en modo deliberado,
en el que usa un detector láser
y un sistema de cámaras para medir el obstáculo
y planifica cuidadosamente el movimiento de los radios
y los coordina de manera que exhibe
esta movilidad tan impresionante.
Probablemente no hayan visto aún nada como esto.
Es un robot de muy alta movilidad
que hemos desarrollado, llamado IMPASS.
Cuando conducimos un auto, para dirigirlo
usamos un método llamado "dirección Ackermann".
Las ruedas delanteras giran así.
En muchos robots pequeños con ruedas se usa la "dirección diferencial"
es decir, las ruedas izquierda y derecha giran en sentidos opuestos.
Con IMPASS podemos hacer muchos tipos de movimientos.
Por ejemplo, en este caso, aunque ambas ruedas se conectan
al mismo eje, rotando con la misma velocidad angular,
simplemente cambiamos la longitud de los radios,
el diámetro efectivo, y así gira a izquierda y derecha.
Estos son solo algunos ejemplos de lo que podemos hacer con IMPASS.
Este robot se llama CLIMBeR (escalador)
"Robot con patas de comportamiento inteligente adaptado suspendido por cable"
He hablado con muchos científicos del laboratorio de propulsores de la NASA
son famosos sus vehículos exploradores de Marte
y los científicos, los geólogos, siempre me dicen
que los lugares más interesantes
para la ciencia son siempre los precipicios.
Pero los exploradores actuales no llegan allí.
Esto nos inspiró a construir un robot
para escalar un entorno estructurado como un precipicio.
Y este es CLIMBeR.
Veamos qué hace. Tiene 3 patas, y aunque no se ve bien
tiene un cabrestante con un cable por encima.
Intenta averiguar el mejor lugar para poner un pie
y cuando lo consigue,
calcula en tiempo real la distribución de fuerzas,
cuánta fuerza necesita ejercer sobre la superficie
para no volcar ni resbalar.
Cuando se ha estabilizado levanta una pata
y con ayuda del cabrestante puede seguir escalando.
También sirve para misiones de búsqueda y rescate.
Este robot se llama MARS: "Sistema robótico con múltiples miembros".
Hace 5 años trabajé en el laboratorio de propulsores de la NASA
durante el verano como investigador contratado.
Ya tenían un robot de 6 patas llamado LEMUR.
Y en él se basa este otro.
Es un robot hexápodo.
Hemos desarrollado un planificador de movimientos adaptativo
y conseguido una capacidad de carga interesante.
A los estudiantes les gusta divertirse.
Presenta una movilidad muy interesante.
Y aquí se ve que está caminando por un terreno estructurado.
Es difícil de ver en este video,
intenta caminar en roca sólida, en la arena,
pero según la humedad y el grosor del grano de la arena
cambia la manera en que se hunden las patas.
Intenta adaptar sus movimientos para atravesar estos terrenos.
Y también hace cosas graciosas, como pueden imaginar.
Recibimos a muchos visitantes en nuestro laboratorio.
Cuando tenemos visita, MARS se acerca al teclado
y escribe "Hola, me llamo MARS.
Bienvenidos a RoMeLa,
el "laboratorio de mecanismos robóticos de Virginia Tech".
Este es un robot ameboide.
No hay tiempo ahora para entrar en detalles técnicos
pero les mostraré algunos de los experimentos.
Estas son algunas de las primeras pruebas de viabilidad.
Almacenamos energía potencial en la piel elástica para hacerlo moverse.
O hacemos que se mueva empleando tensores activos hacia adelante y atrás.
Trabajamos con científicos e ingenieros de la Universidad de Pensilvania
para idear una versión accionada químicamente de este robot ameboide.
Hacemos esto por aquí
y, como por arte de magia, se mueve.
Se llama ChIMERA.
Este robot es un proyecto muy reciente.
Se llama RAPHaEL.
"Mano robótica propulsada por aire con ligamentos elásticos".
Hay muchas manos robóticas realmente buenas en el mercado.
El problema es que son demasiado caras, decenas de miles de dólares.
Por eso no son muy prácticas para aplicaciones protésicas
ya que no son asequibles.
Queríamos abordar este problema de manera diferente.
En lugar de usar motores eléctricos y actuadores electromecánicos
usamos aire comprimido.
Desarrollamos estos nuevos actuadores para articulaciones.
Con ellos es posible cambiar la fuerza
con solo cambiar la presión de aire.
Y puede aplastar una lata vacía de refresco
y sostener objetos frágiles como un huevo crudo
o como en este caso, una lámpara.
Lo mejor es que solo costó USD 200 hacer el primer prototipo.
Este robot pertenece a una familia de robots serpiente
llamada HyDRAS,
"serpiente robótica articulada con híper grados de libertad".
El de aquí, pueden verlo afuera en la recepción,
hay una demo, pasen en el intervalo.
Es un robot que escala estructuras.
Esto es un brazo de HyDRAS.
Es un brazo robótico con 12 grados de libertad
y lo mejor es la interfaz de usuario.
Este cable de aquí es una fibra óptica
y esta estudiante, probablemente usándolo por primera vez,
puede articularlo de muchas maneras.
En Irak por ejemplo, en zonas de guerra
hay bombas cerca de la carretera.
Se suelen enviar vehículos radiocontrolados con brazos robóticos.
Lleva mucho tiempo y dinero
adiestrar a un operador para manejar esos brazos tan complejos.
En este otro caso resulta muy intuitivo.
Este otro estudiante, quizá usándolo por primera vez,
puede hacer manipulaciones complejas de objetos.
Así de fácil.
Es muy intuitivo.
Y este es nuestro robot estrella.
Tenemos incluso un club de fans del robot DARwIn:
"robot dinámico antropomorfo con inteligencia".
Como saben, estamos muy interesados en robots humanoides que caminan
y decidimos construir un pequeño humanoide.
Eso fue en 2004; por entonces
algo así era realmente revolucionario.
Era más bien un estudio de viabilidad.
¿Qué motores deberíamos usar?
¿Es acaso posible? ¿Qué tipo de control deberíamos hacer?
Este modelo no tiene ningún sensor.
Se controla en bucle abierto.
Como muchos ya sabrán, si no tiene sensores
y si encuentra alguna perturbación... ya saben lo que ocurre.
(Risas)
Basándonos en ese éxito, al año siguiente
hicimos un diseño mecánico en serio
empezando por la cinemática.
Y así nació DARwIn en 2005.
Se levanta, camina... impresionante.
Pero todavía, como pueden ver, tiene un cable, un cordón umbilical.
Aún usábamos alimentación externa
y computación externa.
Ya en 2006 era hora de divertirse.
Démosle inteligencia.
Le dimos la potencia de cálculo necesaria:
Procesador Pentium M a 1,5 gigahercios
2 cámaras FireWire, giróscopos, acelerómetros
4 sensores de presión y torsión en los pies, baterías de polímero de litio...
y ahora DARwIn es completamente autónomo.
Ya no se controla a distancia.
No hay cables. Mira alrededor, busca la pelota,
sigue mirando, busca la pelota, e intenta jugar al fútbol
de forma autónoma, con inteligencia artificial.
Veamos qué tal le va. Este fue nuestro primer intento.
(Video) Tribuna: ¡Gol!
Dennis Hong: Hay una competición llamada RoboCup.
No sé cuántos de Uds. conocen la RoboCup.
Es un campeonato internacional de robots futbolistas autónomos.
Y la meta final de RoboCup
es que para el año 2050
robots autónomos humanoides de nuestro tamaño
jueguen al fútbol contra los campeones del mundo humanos...
y ganen.
Esa es la meta real, muy ambiciosa,
pero creemos que podemos conseguirlo.
Esto fue el año pasado en China.
Fuimos el primer equipo estadounidense que se clasificó
para la competición de robots humanoides.
Esto fue este año, en Austria.
Van a ver la acción, 3 contra 3,
completamente autónomos.
¡Así se hace, sí!
Los robots se siguen unos a otros y juegan en equipo entre ellos.
Es impresionante.
Es un congreso de investigación en forma de evento competitivo.
Ahí ven el bello trofeo de la Copa Louis Vuitton.
Es un trofeo al mejor humanoide
y queremos ganarlo por primera vez
para EE.UU. el año que viene, deséennos suerte.
(Aplausos)
Gracias.
DARwIn también tiene muchos otros talentos.
El año pasado dirigió a la Orquesta Sinfónica de Roanoke
para el concierto de vacaciones.
Esta es la siguiente generación: DARwIn IV
más inteligente, más rápido, más fuerte
y está intentando demostrar sus habilidades:
"Soy un macho, soy fuerte.
Sé hacer movimientos de Jackie Chan,
movimientos de artes marciales".
(Risas)
Y se va caminando. Este es DARwIn IV,
podrán verlo luego en la recepción.
Estamos convencidos de que será el primer
robot humanoide corredor de EE.UU. Estén al tanto.
Ya les he mostrado algunos de nuestros fantásticos robots.
Pero ¿cuál es el secreto de nuestro éxito?
¿De dónde sacamos estas ideas?
¿Cómo desarrollamos ideas como estas?
Ganamos premio tras premio, año tras año.
Ya no tenemos espacios donde colocar los premios,
empezamos a acumularlos en el suelo, esperemos no perder ninguno.
Estos son solo los premios que ganamos en otoño de 2007
en competiciones robóticas y cosas así.
Tenemos 5 secretos.
El primero: ¿de dónde obtenemos esta inspiración,
esta chispa de imaginación?
Esta es una historia real, mi historia personal.
Cuando me voy a la cama, a las 3 o 4 de la mañana,
me acuesto, cierro los ojos, y veo líneas y círculos
y diferentes formas que flotan
que se ensamblan y forman mecanismos
y pienso "Ah, este es bueno".
Junto a mi cama tengo un cuaderno,
un diario con un bolígrafo que tiene una luz LED
porque no quiero encender la luz y despertar a mi esposa.
Veo los dibujos, lo garabateo todo, dibujo cosas, y vuelvo a la cama.
Cada día por la mañana
lo primero que hago antes del café
antes de lavarme los dientes, abro mi cuaderno.
Muchas veces está vacío.
A veces hay algo, a veces es un sinsentido
y la mayor parte del tiempo ni yo entiendo mi propia letra.
¿Qué se puede esperar a las 4 de la mañana?
Así que necesito descifrar lo que escribí.
Pero a veces encuentro una idea ingeniosa
y tengo un momento de inspiración.
Corro a mi despacho, me siento ante la computadora
anoto las ideas, hago bocetos,
y guardo todo en una base de datos de ideas.
Cuando recibimos un pedido de propuestas
busco algo que coincida entre mis ideas potenciales y el problema.
Si algo coincide, escribimos una propuesta de investigación,
conseguimos financiación, y empezamos los proyectos de investigación.
Pero solo con la chispa de imaginación no basta.
¿Cómo desarrollamos estas ideas?
En RoMeLa, el Laboratorio de Mecanismos Robóticos,
celebramos magníficas sesiones de tormentas de ideas.
Nos reunimos, debatimos los problemas
y las soluciones a los mismos.
Pero antes de empezar ponemos una regla de oro.
La regla es:
Nadie critica las ideas de otro,
nadie critica ninguna opinión.
Esto es crucial, porque a menudo los estudiantes tienen miedo
o incomodidad por lo que otros puedan pensar de ellos
por sus opiniones e ideas.
Al hacerlo así, resulta sorprendente
cómo abren su mente los estudiantes.
Tienen ideas geniales, locas, brillantes.
Toda la sala se electriza de energía creativa.
Así desarrollamos nuestras ideas.
Nos queda poco tiempo.
Una cosa más que quiero decir
es que solo la chispa de la idea y su elaboración no bastan.
Hubo un momento genial en TED
creo que fue Sir Ken Robinson, ¿no?
Dio una charla sobre cómo la educación
y la escuela matan la creatividad.
En realidad esa historia tiene 2 caras.
Hay un límite en lo que se puede hacer
solo a base de ideas ingeniosas,
creatividad y buena intuición, de ingeniero.
Si queremos hacer algo más que cacharrear,
si queremos ir más allá de una mera afición a la robótica
y abordar los grandes retos de la robótica
mediante investigación rigurosa, necesitamos más que eso.
Aquí entra la escuela.
Batman, cuando pelea contra los malos,
tiene su cinturón de armas, tiene un gancho arrojadizo,
tiene toda clase de artilugios.
Para nosotros los robóticos, ingenieros y científicos
estas herramientas son las asignaturas que se estudian en clase.
Matemáticas, ecuaciones diferenciales,
álgebra lineal, ciencias, física,
incluso, hoy en día, química y biología, como ya han visto.
Estas son las herramientas que necesitamos.
Y cuantas más herramientas tengamos, como Batman,
más efectivos seremos peleando contra los malos.
Tendremos más herramientas para atacar a los grandes problemas.
Por eso la educación es muy importante.
Pero no se trata solamente de eso.
También hay que trabajar muy, muy arduamente.
Siempre digo a mis estudiantes:
"Trabaja con astucia y luego esfuérzate".
Esta foto se tomó a las 3 de la madrugada.
Les aseguro que si vienen a las 3 o 4 de la mañana
tenemos alumnos trabajando allí,
y no porque yo se lo mande, sino porque nos estamos divirtiendo.
Lo que me lleva al último asunto:
No olviden divertirse.
Ese es el secreto de nuestro éxito: nos divertimos muchísimo.
Estoy convencido de que la máxima productividad llega si uno se divierte.
Y eso es lo que estamos haciendo.
De nuevo, nos queda poco tiempo.
Ojalá pueda hablarles otra vez y presentarles
otros proyectos de robótica apasionantes que no tengo tiempo de mencionar.
Tenemos un vehículo completamente autónomo capaz de conducir en entorno urbano.
Ganamos medio millón de dólares en el Desafío Urbano DARPA.
Tenemos también el primer vehículo del mundo dirigido por un invidente.
Lo llamamos el reto del conductor invidente, muy interesante.
Y hay muchos otros proyectos robóticos de los que querría hablar.
Es todo, vayan y lean un gran libro.
Inspírense, inventen, trabajen arduamente.
Sigan en la escuela.
Propongan ideas geniales, las esperaré con gusto.
Mándenme un correo, hablemos de eso.
Es todo. Muchas gracias.
(Aplausos)
תודה שקיבלתם אותי.
יש לנו יותר מדי עבודות רובוטיות מאוד מגניבות שאני רוצה להראות לכם
אבל יש לנו רק 18 דקות,
אז היה לי מאוד קשה לנסות להוציא חלק מהם מההרצאה.
אבל בואו נראה איך זה הולך, יש לנו 18 דקות
ואני מצטער מראש, אני כנראה הולך לדבר מאוד מהר.
אז, הרובוט הראשון שאני אדבר עליו נקרא STriDER.
זה ראשי תיבות של רובוט דינמי ניסיוני מתלהב על 3.
זהו רובוט שיש לו 3 רגליים,
שקיבלנו את ההשראה עליו מהטבע.
אבל ראיתם משהו בטבע,
חיה שיש לה 3 רגליים?
כנראה שלא.
אז, למה אני קורה לו רובוט בהשראה ביולוגית?
איך זה הגיוני?
אבל לפני זה, בואו נסתכל על תרבות הפופ.
אתם מכירים את הספר של ה.ג'. ולס, "מלחמת העולמות", נובלה וסרט.
ומה שאתם רואים שם
הוא משחק וידאו מאוד פופולרי,
וביקום הזה הם מתארים את החייזרים האלו
והרובוטים שיש להם 3 רגליים שאיימו על כדור הארץ.
אבל הרובוט שלי, STriDER, לא זז ככה.
אז, איך הוא עובד?
זו אנימציה של סימולטור דינמי.
אני רק הולך להראות לכם איך הרובוט עובד.
אז כשאני הולך לכנסי רובוטיקה,
אני מראה את הסרטון הזה לכמה מהעמיתים שלי
וכולם אומרים, וואו, זה מגניב.
וכשאני לוחץ על זה, זה מראה אנימציה,
וכולכם תגידו "אוו" ו-"אההה".
אוו.
אה, נכון שזה מגניב?
אז מה שהוא עושה הוא להסתובב 180 מעלות
והוא מעיף את הרגל בין השתיים האחרות ועוצר את הנפילה.
אז כך הוא הולך.
אם אתם חושבים על זה, זה נראה מאוד מסובך, כמעט אורגני.
אבל למה אנחנו מנסים לעשות את זה?
איך זה בהשראת הטבע?
תנו לי לדבר על זה טיפה.
אז, שאתם מסתכלים עלינו בני האנוש, הולכים על שתיים,
מה שאתם עושים הוא לא באמת משתמש בשריר
כדי להרים את הרגל וללכת כמו רובוט. נכון?
מה שאתם באמת עושים זה להעיף את הרגל ולעצור את הנפילה,
לעמוד שוב, להעיף את הרגל ולעצור את הנפילה.
אתם משתמשים בדינמיקה שקיימת אצלכם, בפיזיקה של הגוף שלכם,
בדיוק כמו מטוטלת.
אנחנו קוראים לזה הקונספט של תנועה דינמית פסיבית.
מה שאתם עושים הוא, כאשר אתם עומדים,
אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית,
אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית.
זה תהליך של נפילה מתמדת.
אז, למרות שאין באמת בטבע משהו שנראה כזה,
באמת, אנחנו מקבלים השראה מביולוגיה
ומיישמים את העקרונות של הליכה ברובוט הזה.
ולכן הוא רובוט מהשראה ביולוגית.
מה שאתם רואים פה, זה הדבר הבא שאנחנו רוצים לעשות.
אנחנו רוצים שהוא יקפל את הרגליים ויקפיץ את עצמו לתנועה בטווח גדול יותר.
והוא פורש את הרגליים - זה נראה כמעט כמו "מלחמת הכוכבים" -
וכשהוא נוחת, הוא סופג את המכה ומתחיל ללכת.
מה שאתם רואים פה, הדבר הצהוב, זה לא קרן מוות. (צחוק)
זה רק כדי להראות לכם שאם יש לכם מצלמות
או סוג אחר של חיישנים -
בגלל שהוא גבוה, הוא בגובה של 1.8 מטר -
אפשר לראות מעבר למכשולים כמו שיחים ודברים כאלו.
אז יש לנו שני אבות טיפוס.
הגרסה הראשונה, זאת מאחור, זה STriDER I.
אחת הבעיות שהיו לנו עם STriDER I -
האחד מלפנים, הקטן יותר, הוא STriDER II.
הבעיה שהייתה לנו עם STriDER I הייתה
שהוא היה פשוט כבד מדי לגוף הזה.
היה לנו כ"כ הרבה מנועים, אתם יודעים, מזיזים את הרגליים,
וכל מיני דברים כאלו.
אז, מה שהחלטנו לעשות היה לסנטז מערכת מכנית
שבאמצעותה נוכל להיפתר מכל המנועים, ובאמצעות מנוע אחד
נוכל לכוון את כל התנועות.
זה פתרון מכני לבעיה, במקום להשתמש במכטרוניקה.
אז, הגוף העליון היה מספיק קל.
הוא הולך לו במעבדה שלנו; זה הצעד הראשון שהצליח.
הוא לא מושלם - הקפה שלו נופל -
אז עדיין יש לנו הרבה עבודה לעשות.
הרובוט השני שאני רוצה לדבר עליו נקרא IMPASS.
אלו ראשי תיבות
של מערכת פלטפורמה חכמה ניידת מופעלת חישור.
אז, זה רובוט היברידי של רגל-גלגל.
אז, תחשבו על גלגל בלי מסגרת
או גלגל חישורים,
אבל החישורים זזים באופן עצמאי החוצה ולתוך התושבת שלהם;
אז, זה היבריד של גלגל-רגל.
אנחנו באופן מילולי ממציאים מחדש את הגלגל מחדש.
תנו לי להדגים איך זה עובד.
אז, בסרטון הזה אנחנו משתמשים בגישה
שנקראת גישה מגיבה.
רק בשימוש בחיישני מישוש על הרגליים,
הוא מנסה ללכת על הסביבה המשתנה,
סביבה רכה שבה הוא דוחף למטה ומשתנה.
ורק לפי המידע המישושי,
הוא עובר סוגים כאלו של סביבות.
אבל, כאשר הם מגיע לסביבה מאוד אתגרית,
במקרה הזה, המכשול גדול יותר מפי 3
מהגובה של הרובוט,
הוא משתנה לצורה מתכווננת,
שבה הוא משתמש במוצא טווח על בסיס לייזר,
ומערכת מצלמות, כדי לזהות את המכשול ואת הגודל,
והוא מתכנן, מתכנן בזהירות את התזוזה של החישורים
ומכוון אותם כך שהוא מראה
את סוג התזוזה המאוד מרשימה הזאת.
אתם ככול הנראה אף פעם לא ראיתם משהו כזה.
זה רובוט עם ניידות גבוהה
שפיתחנו שנקרא IMPASS.
כאשר אתם נוהגים ברכב שלכם, כשאתם מסובבים את ההגה,
אתם משתמשים בדרך שנקראת סיבוב אקרמן,
הגלגלים הקדמיים מסתובבים ככה.
אבל ברוב הרובוטים על גלגלים הקטנים משתמשים בדרך שנקראת סיבוב משתנה
שהגלגלים השמאלי והימני מסתובבים בכיוון ההפוכים.
ב-IMPASS, אנחנו יכולים ליישם הרבה סוגים שונים של תנועה.
לדוגמה, במקרה הזה, למרות שהגלגלים מחוברים
עם ציר בודד שמסתובב באותה זווית של תאוצה,
אנחנו פשוט משנים את אורך החישור.
זה משפיע על הקוטר ואז יש את האפשרות להסתובב לשמאל ולהסתובב לימין.
אלו רק כמה דוגמאות
לדברים המדויקים שאנחנו יכולים לעשות עם IMPASS.
הרובוט הזה נקרא CLIMBeR [מטפס]:
רובוט עם איברים תלויי כבל חכם מתאים התנהגות.
אז, אני דיברתי עם הרבה מהמדענים של המעבדה להנעה הסילונית בנאס"א -
במעבדה ההנעה סילונית מפורסמת בגלל רכבי מאדים -
והמדענים, הגאולוגים תמיד אומרים לי
שהמדע הבאמת מעניין,
האתרים שעשירים במדע הם תמיד ליד הצוקים.
אבל הרכבים הנוכחים לא יכולים להגיע לשם.
אז, בהשראה הזאת רצינו לבנות רובוט
שיכול לטפס על סביבה של צוקים.
אז, זה CLIMBeR.
מה שהוא עושה, יש לו 3 רגליים. זה קשה לראות,
אבל יש לו כננת וכבל בחלק העליון -
והוא מנסה להבין איפה המקום הכי טוב לשים את הרגל,
ושהוא מבין איפה
בזמן אמיתי, הוא מחשב את חלוקת הכוח:
כמה כוח צריך להפעיל על המשטח
כך שהוא לא יטה ולא יחליק.
כאשר הוא מבסס את זה, הוא מרים רגל,
ואז עם הכננת הוא יכול לטפס על דברים כאלו.
בנוסף ליישומי חילוץ וחיפוש כמובן.
הרובוט הזה נקרא MARS: מערכת רובוטית מרובת-תוספות.
לפני חמש שנים אני עבדתי במעבדה להינע סילוני של נאס"א
בזמן בקיץ כחבר סגל.
והיה להם כבר רובוט עם שש רגליים שנקרא LEMUR.
הרובוט שלנו מתבסס עליו.
אז, זה רובוט משושה רגליים.
פיתחנו את מתכנן ההליכה המסתגל שלנו.
האמת שיש לנו עליו מטען מאוד מעניין שם.
סטודנטים אוהבים לעשות כיף.
הוא מראה ניידות מאוד מעניינת,
ופה אתם רואים שהוא הולך מעל סביבה מדורגת.
קצת קשה לראות, בסרטון שם,
הוא מנסה ללכת באזור חופי, אזור חולי,
אבל בהסתמך על רמת הלחות אז בגודל הגרגרים בחול
מודל השקיעה של הרגל משתנה.
אז, הוא מנסה להסתגל עם הרגל
כדי לעבור בהצלחה דברים כאלו.
הוא גם עושה כמה דברים כיפיים, כמו שאתם יכולים לדמיין.
יש לנו כ"כ הרבה מבקרים במעבדה שלנו.
אז, שהמבקרים באים, MARS הולך למחשב,
ומתחיל להקליד "שלום, שמי הוא MARS.
ברוכים הבאים ל-RoMeLa,
מעבדת מנגנוני רובוטיקה בוירג'יניה טק.
הרובוט הזה הוא רובוט אמבה.
עכשיו, אין לנו מספיק זמן כדי להכנס לפרטים,
אני פשוט אראה לכם חלק מהניסויים.
אלו ניסויי התכנות מוקדמים.
אנחנו אוגרים אנרגיה פוטנציאלית בתוך העור הגמיש כדי לגרום לו לזוז.
או משתמשים במיתרי מתח פעילים כדי לגרום לו לזוז קדימה ואחורה.
עבדנו גם עם מדענים ומהנדסים מ-UPenn
כדי לפתח גרסה מופעלת ע"י כימיה של הרובוט האמבה הזה.
אנחנו עושים משהו למשהו,
וממש כמו קסם, זה זז. הבועה.
הוא נקרא ChIMERA.
הרובוט הזה הוא פרויקט מאוד עכשווי.
הוא נקרא RAPHaEL.
יד רובוטית מופעלת אוויר עם רצועות גמישות.
היו המון ידיים רובוטיות מאוד מדויקות, מאוד טובות בשוק.
הבעיה שהן היו מאוד יקרות. עשרות אלפי דולרים.
אז, ליישומי פרוטזות, זה לא ממש פרקטי,
בגלל שזה יקר מדי.
רצינו לפתור את הבעיה מכיוון אחר לגמרי.
במקום להשתמש במנועים חשמליים, שמופעלים ע"י אלקטרומכניקה,
אנחנו משתמשים באוויר דחוס.
אנחנו פיתחנו את המפעילים החדשניים האלו בשביל המפרקים.
הוא מתואם. זה אפשרי לשנות את הכוח,
פשוט ע"י שינוי לחץ האוויר.
והוא יכול למחוץ פחית משקה קל.
הוא יכול להרים חפצים מאוד עדינים, כמו ביצה,
או במקרה הזה, נורה.
החלק הכי טוב, נדרשו לנו רק 200$ כדי לבנות את אב הטיפוס הראשון.
הרובוט הזה הוא בעצם משפחה של רובוטים נחשיים
שאנחנו קוראים להם HyDRAS,
נחש רובוטי מפרקי עם היפר דרגות חופש.
האחד שאתם רואים פה - אתם יכולים לראות אותו מחוץ לחדר הזה בלובי
יש לנו דגם, אתם יכולים לעצור לידו בזמן ההפסקה.
זה רובוט שיכול לטפס על מבנים.
זו הזרוע של HyDRAS.
היא זרוע רובוטית עם 12 דרגות חופש.
אבל החלק המגניב הוא ממשק המשתמש.
הכבל שם, זה כבל אופטי.
והסטודנטית הזו, ככול הנראה משתמש בו בפעם הראשונה,
אבל היא יכולה להזיז אותו בהמון דרכים שונות.
אז לדוגמה, בעירק, אתם יודעים, באזור המלחמה,
יש פצצות בצידי הדרך.
כרגע שולחים לשם כלי רכב חמושים שמונעים מרחוק.
זה לוקח הרבה זמן וזה מאוד יקר
לאמן מפעיל שיפעיל את היד המסובכת הזו.
במקרה הזה זה מאוד אינטואיטיבי;
הסטודנט הזה, ככול הנראה משתמש בו בפעם הראשונה,
עושה משימות מניפולציה מאוד מסובכות,
מרים חפצים ועושה מניפולציה, בדיוק כך.
מאוד אינטואיטיבי.
עכשיו, הרובוט הזה הוא כרגע הכוכב שלנו.
יש לנו מועדון מעריצים לרובוט הזה, DARwIn:
רובוט דינמי דמוי אדם עם אינטליגנציה.
כמו שאתם יודעים, אנחנו מאוד מתעניינים בהליכה אנושית.
אז החלטנו לבנות רובוט אנושי קטן.
זה היה ב-2004; באותו זמן,
זה היה משהו מאוד מהפכני.
זה היה יותר מחקר התכנות:
איזה מנועים כדאי לנו להשתמש בהם?
האם זה בכלל אפשרי?
אין לו שום חיישנים.
הוא נשלט ע"י לולאה פתוחה.
לאלו שלא יודעים, אם אין לך שום חיישנים
ויש הפרעות, אתם יודעים מה קורה.
(צחוק)
אז, בהתבסס על ההצלחה בשנה שאחרי
עשינו תכנון מכני טוב
והתחלנו מהקינמטיקה.
וכך, DARwIn אחד נולד ב-2005.
הוא נעמד, הוא הולך - מאוד מרשים.
אבל עדיין, כמו שאתם יכולים לראות, יש לו כבל, כבל טבורי.
אנחנו עדין משתמשים במקור כוח חיצוני
ובחישוב חיצוני.
ב-2006, זה הזמן לעשות כיף.
בואו ניתן לו אינטליגנציה.
נתנו לו את כל הכוח המחשבי שהוא צריך:
צ'יפ של 1.5 גיגה הרץ' פנטיום M.
שתי מצלמות FireWire, גירוסקופי קצב,
ארבעה חיישני לחץ על הרגל, סוללות פולימר ליתיום.
ועכשיו DARwIn II אוטומטי לחלוטין.
הוא לא נשלט מרחוק.
אין יותר חוטים. הוא מסתכל מסביב, מחפש את הכדור,
מסתכל מסביב, מחפש את הכדור, והוא מנסה לשחק כדורגל,
באופן אוטומטי: תבונה מלאכותית.
בואו נראה איך הולך לו. זה הניסיון הראשון, ו...
צופים בוידאו: גול!
ד"ה: אז, האמת שיש תחרות שנקראת רובוקאפ.
אני לא יודע כמה ממכם שמעו על רובוקאפ.
זה תחרות כדורגל בינלאומי של רובוטים אוטומטים.
והמטרה של רובוקאפ, המטרה האמיתית היא,
עד שנת 2050
אנחנו רוצים שיהיו לנו רובוטים, אוטומטים ובגודל מלא
שמשחקים כדורגל נגד אלופי העולם בני האנוש
ומנצחים.
זה המטרה האמיתית. זו מטרה מאוד שאפתנית,
ואנחנו באמת מאמין שאנחנו יכולים למלא אותה.
זה בשנה האחרונה בסין.
היינו הקבוצה הראשונה בארה"ב שהתקבלה
בתחרות הרובוקאפ הדמוי-אנושית.
זה השנה באוסטריה.
אתם הולכים לראות בפעולה, שלושה נגד שלושה,
אוטונומים לחלוטין.
הנה הם עושים את זה. כן!
הרובוטים עוקבים והם
משחקים ביחד ביניהם.
זה מאוד מרשים. זה אירוע מחקרי
שארוז באירוע תחרותי מלהיב יותר.
מה שאתם רואים פה, זה
גביע לואיס וואיטון היפה.
אז, זה לדמוי האדם הכי טוב,
ואנחנו רוצים להביא אותו בפעם הראשונה,
לארה"ב בשנה הבאה, אז תאחלו לנו בהצלחה.
(מחיאות כפיים)
תודה לכם.
ל-DARwIn יש עוד הרבה מאוד כישרונות.
בשנה שעברה הוא ניצח על התזמורת הסימפונית של רואנוק
לקונצרט החגים.
זה הרובוט של הדור הבא, DARwIn IV,
יותר חכם, מהיר, חזק.
והוא מנסה להשוויץ ביכולת שלו:
"אני מאצ'ו, אני חזק.
אני יכול לעשות כמה תנועות ג'קי צ'אן,
תנועות של אומנות לחימה."
(צחוק)
והוא הולך משם. אז, זה DARwIn IV.
ושוב, אתם תוכלו לראות אותו בלובי.
אנחנו באמת מאמינים שזה הולך להיות
הרובוט דמוי האנוש הרץ הראשון בארה"ב, אז, תחכו לזה.
אוקיי. אז אני הראיתי לכם כמה מהרובוטים המלהיבים שלנו עובדים בזמן אמת.
אז, מה הסוד להצלחה שלנו?
איך אנחנו מוצאים רעיונות כאלו?
איך אנחנו מפתחים רעיונות כאלו?
אנחנו זוכים בפרס אחרי פרס, שנה אחרי שנה.
האמת שמתחיל להיגמר לנו המקום על הקיר לשים את הפרסים האלו
והם מתחילים להערם על הרצפה, אני מקווה שלא איבדנו אף אחד.
אלו הם הפרסים שזכינו בהם רק בסתיו 2007
מתחרויות רובוטיקה ודברים כאלו.
אז, האמת, יש לנו 5 סודות.
הראשון הוא: מאיפה אנחנו מקבלים השראה?
מאיפה אנחנו מקבלים את הניצוץ של הדמיון?
זה סיפור אמיתי, הסיפור האישי שלי.
בלילה כשאני הולך לישון, 3-4 בלילה
אני שוכב, סוגר את העיניים, ואני רואה את הקווים והעיגולים האלו
וצורת שונות מרחפות מסביב.
והם מתאחדים, והם יוצרים מין סוגי מנגנונים.
ואז אני חושב, "אה זה מגניב."
אז, ליד המיטה שלי אני שומר מחברת,
יומן, עם עט מיוחד שיש עליו פנס, נורת לד,
בגלל שאני לא רוצה להדליק את האור ולהעיר את אישתי.
אז אני רואה את זה, מקשקש את הכל, מצייר דברים, והולך לישון.
כל יום בבוקר,
הדבר הראשון שאני עושה לפני כוס הקפה הראשונה,
לפני שאני מצחצח שיניים, אני פותח את המחברת.
הרבה פעמים היא ריקה,
ולפעמים יש משהו שם - לפעמים זה זבל
אבל לרוב אני לא מצליח לקרוא את כתב היד שלי.
אתם יודעים, 4 בבוקר, למה אתם מצפים, נכון?
אז אני צריך לפענח מה כתבתי.
אבל לפעמים אני רואה את הרעיון הגאוני הזה,
ויש לי רגע של 'אאוריקה'.
אני רץ לחדר העבודה שלי, יושב ליד המחשב,
כותב את הרעיונות, מצייר את הדברים
ושומר מאגר של רעיונות.
אז, כאשר יש לנו צורך בהצעות,
אני מנסה להשוות בין הרעיונות הפוטנציאלים שלי לבין הבעיה.
ואם יש התאמה אנחנו כותבים הצעת מחקר,
מקבלים את מימון המחקר, וכך אנחנו מתחילים את תוכניות המחקר.
אבל רק ניצוץ של דמיון זה לא טוב מספיק.
איך אנחנו מפתחים רעיונות כאלו?
במעבדה שלנו RoMeLa, מעבדת הרובוטיקה והמנגנונים,
יש לנו ישיבות חשיבה טובות כאלו.
אני מתאספים ביחד, מדסקסים על הבעיות
והפתרונות לבעיות ומדברים עליהם.
אבל לפני שאנחנו מתחילים אנחנו קובעים חוק קבוע.
החוק הוא:
אף אחד לא מבקר רעיונות של אף אחד אחר.
אף אחד לא מבקר שום דעה.
זה חשוב, בגלל שהרבה פעמים סטודנטים מפחדים
או מרגישים לא בנוח עם איך שאחרים חושבים
על הרעיונות והדעות שלהם.
ברגע שקובעים את החוק, זה מדהים
איך הסטודנטים נפתחים.
יש להם את הרעיונות המדהימים, מגניבים, משוגעים האלו,
וכל החדר מחושמל מאנרגיה יצירתית.
וכך אנחנו מפתחים את הרעיונות שלנו.
טוב, מתחיל להיגמר לנו הזמן.
עוד דבר שאני רוצה לדבר עליו הוא,
אתם יודעים, פשוט הניצוץ של הרעיון והפיתוח זה לא מספיק טוב.
היה רגע TED טוב,
אני חושב שזה היה סר קן רובינסון, לא?
הוא נתן הרצאה על איך חינוך
ובתי ספר הורסים יצירתיות.
אז האמת, יש שני צדדים לסיפור.
אז יש גבול לכמה מישהו יכול לעשות
רק עם רעיונות גאוניים
ויצירתיות ואינטואיצית הנדסה טובה.
אם אתה רוצה לעבור את שלב המשחקים,
אם אתה רוצה להגיע מעבר לתחביב הרובוטיקה
ובאמת להתמודד עם האתגרים הגדולים של הרובוטיקה
דרך מחקר קפדני אנחנו צריכים יותר מזה.
פה בית הספר נכנס.
בטמן, נלחם נגד נבלים,
יש לו את חגורת האביזרים שלו, יש לו את קרס האחיזה שלו,
יש לו כל מיני גאדג'טים.
בשבילנו אנשי הרובוטיקה, המהנדסים והמדענים,
הכלים האלו, הם מסלולים והמקצועות שאתה לומד בכיתה.
מתמטיקה, משוואה דיפרנציאלית.
יש לי ידע באלגברה ליניארית, מדע, פיזיקה,
אפילו היום, כימיה וביולוגיה, כמו שראיתם.
הם כל הכלים שאנחנו צריכים.
אז ככול שיש לך יותר כלים, בשביל בטמן,
ככה יותר קל להלחם בנבלים,
ובשבילנו, יותר כלים לתקוף בעיות גדולות.
אז, חינוך הוא דבר מאוד חשוב.
בנוסף, זה לא רק על זה, רק על זה.
חייבים לעבוד באמת, באמת קשה.
אז, אני תמיד אומר לסטודנטים שלי,
"תעבדו חכם, ואז תעבדו קשה."
התמונה מאחורה היא ב-3 בבוקר.
אני מתחייב שאם תבואו למעבדה ב-3-4 בבוקר
יש סטודנטים שעובדים שם,
לא בגלל שאני אומר להם, אלא בגלל שהם נהנים מדי.
מה שמוביל אותי לנושא האחרון:
על תשכחו להנות.
זה באמת הסוד של ההצלחה שלנו, אנחנו נהנים הרבה יותר מדי.
אני באמת מאמין שהפרודקטיביות הכי גבוהה נוצרת כשאתם נהנים,
וזה מה שאנחנו עושים.
שוב, נגמר לנו הזמן.
אני מקווה שתהיה לי עוד הזדמנות לדבר איתכם ולהציג בפניכם
עוד כמה פרויקטי רובוטיקה מלהיבים שלא היה לנו זמן לדבר עליהם.
יש לנו רכב אוטומטי מלא
שיכול לנהוג בתוך סביבות עירוניות.
זכינו בחצי מיליון דולר באתגר DARPA העירוני.
בנינו גם את הרכב הראשון בעולם
שננהג על ידי אדם עיוור.
אנחנו קוראים לו אתגר הנהג העיוור, מאוד מלהיב.
והמון המוני פרויקטי רובוטיקה אחרים שאני רוצה לדבר עליהם.
בבקשה. צאו החוצה, תקראו ספר טוב.
תקבלו השראה, תמציאו, תעבדו קשה.
תשארו בבית הספר.
תמציאו רעיונות מגניבים, שאני אשמח ללמוד עליהם.
תשלחו לי אימייל, נדבר על זה.
בבקשה. תודה רבה לכם.
(מחיאות כפיים)
Obrigado por me receberem.
Temos demasiados trabalhos robóticos excitantes que quero mostrar-vos,
mas só temos 18 minutos,
por isso foi difícil cortar nos diapositivos.
Vamos ver como corre, temos 18 minutos.
Peço desde já desculpa pois vou falar muito depressa.
O primeiro robô de que quero falar é o STriDER.
Quer dizer Robô Experimental Dinâmico Trípede Auto-acionado.
É um robô com três pernas,
inspirado na natureza.
Já viram algo na natureza,
um animal, com três pernas?
Provavelmente não.
Então porque digo que é um robô inspirado na biologia?
Como funcionaria?
Antes disso, vamos ver cultura popular.
Conhecem "A Guerra dos Mundos", de H. G. Wells, o livro e o filme.
O que vemos aqui
é um jogo de vídeo popular.
Nesta ficção, são descritas criaturas alienígenas
e robôs com três pernas que aterrorizam a Terra.
O meu robô, STriDER, não se move assim.
Como funciona?
Isto é uma animação com simulação dinâmica.
Vou mostrar-vos como funciona o robô.
Quando vou a conferências sobre robôs
e mostro este vídeo aos meus colegas,
todos o acham fixe.
Quando executo isto, mostra uma animação
e toda a gente diz "Oh" e "Ah".
Oh.
Ah. Não é fixe?
Roda o corpo 180 graus,
balança a perna por entre as outras duas e evita a queda.
É assim que anda.
Se pensarem nisso, parece muito complicado, quase orgânico.
Porque estamos a tentar isto?
De que modo é isto inspirado na biologia?
Deixem-me falar um pouco sobre isto.
Quando observamos a locomoção bípede dos seres humanos,
não estamos realmente a usar um músculo
para erguer uma perna e andar como um robô, certo?
O que fazemos é balançar a perna a evitar a queda,
erguer-nos novamente, balançar a perna a evitar a queda.
Usamos a nossa dinâmica incorporada, a física do nosso corpo,
tal como um pêndulo.
Chamamos a isso o conceito de locomoção dinâmica passiva.
O que fazemos é, ao erguermo-nos,
converter energia potencial em cinética,
uma e outra vez.
É um processo de queda constante.
Mesmo que nada na natureza se pareça com isto,
inspirámo-nos na biologia
e aplicámos os princípios de caminhar a este robô.
Por isso, é um robô inspirado na biologia.
O que vemos aqui é o que queremos fazer a seguir.
Queremos dobrar as pernas e lançá-lo para movimento à distância.
As pernas destacam-se — parece a "Guerra das Estrelas".
Quando aterra, absorve o choque e começa a andar.
O que vemos aqui, esta coisa amarela, não é um raio da morte. (Risos)
É só para vos mostrar que, se tivermos câmaras,
ou diferentes tipos de sensores, — porque é alto, tem 1,8 metros —
podemos ver por cima de obstáculos como arbustos e coisas do género.
Temos dois protótipos.
A primeira versão, atrás, é o STriDER I.
Um dos problemas que tivemos com o STriDER I,
— o que está à frente , mais pequeno, é o STriDER II —
o problema que tivemos com o STriDER I
é que era muito pesado para o corpo.
Tínhamos tantos motores, para alinhar as junções,
e esse tipo de coisas.
Decidimos sintetizar um dispositivo mecânico
para que pudéssemos livrar-nos dos motores, e com um único motor
podemos coordenar todos os movimentos.
É uma solução mecânica para o problema, em vez de usarmos mecatrónica.
Com isto, o topo do corpo é suficientemente leve.
Está a andar no nosso laboratório. Foi o primeiro passo com sucesso.
Ainda não está perfeito — deixa cair o café —
por isso ainda temos muito a fazer.
O segundo robô de que quero falar é o IMPASS.
A sigla quer dizer
Plataforma de Mobilidade Inteligente com Sistema de Raios Acionados.
É um robô híbrido com pernas e rodas.
Imaginem uma roda sem borda
ou uma roda com raios
mas em que os raios se deslocam para dentro e para fora do cubo.
É um híbrido com pernas em roda.
Estamos literalmente a reinventar roda.
Deixem-me mostrar-vos com funciona.
Neste vídeo estamos a usar uma abordagem
a que chamamos reativa.
Usando apenas os sensores táteis nos pés
está a tentar andar sobre um terreno que se altera.
Um terreno mole em que a pressão o faz mudar.
Apenas com a informação tátil,
ele atravessa facilmente este tipo de terreno.
Mas quando encontra um terreno muito extremo,
neste caso, o obstáculo tem mais de três vezes o tamanho do robô,
muda para um modo deliberado,
em que usa um visor de alcance por laser
e sistemas com câmara, para identificar o obstáculo e o seu tamanho.
Planeia, cuidadosamente, o movimento dos raios,
e coordena tudo de modo a apresentar
esta mobilidade muito impressionante.
Provavelmente, nunca viram nada assim, por aí.
Isto é um robô de muito grande mobilidade
que desenvolvemos, chamado IMPASS.
Quando conduzimos o nosso carro, quando o dirigimos,
usamos um método chamado Geometria de Ackermann.
As rodas da frente rodam deste modo.
Mas a maioria dos pequenos robôs com rodas usam o método chamado direção diferencial,
em que as rodas esquerda e direita viram em direções opostas.
No IMPASS, podemos executar muitos tipos diferentes de movimento.
Neste caso, embora as rodas esquerda e direita estejam ligadas a um único eixo,
a rodar com a mesma velocidade angular,
mudamos simplesmente o comprimento do raio.
O diâmetro muda e pode virar para a esquerda e para a direita.
São apenas alguns exemplos das habilidades
que conseguimos fazer com o IMPASS.
Este robô chama-se CLIMBeR:
Robô com Membros e Comportamento Inteligente, Suspenso por Cabos.
Falei bastante dos cientistas do LPJ da NASA.
No LPJ são famosos pelos jipes de Marte.
Os cientistas, geólogos, dizem-me sempre
que a ciência realmente interessante,
os locais ricos em ciência, estão sempre nos penhascos.
Mas os jipes atuais não conseguem ir lá.
Inspirados nisso, quisemos construir um robô
que conseguisse subir um ambiente de penhasco estruturado.
Este é o CLIMBeR.
O que faz? Tem três pernas.
É difícil ver, mas tem um guincho e um cabo no topo
e tenta descobrir o melhor sítio para põr os pés.
Depois de o descobrir,
calcula em tempo real a distribuição de forças:
qual a força que tem de exercer na superfície
de modo a não se inclinar nem escorregar.
Depois de estabilizar, levanta um pé,
e depois, com o guincho, pode subir este tipo de coisas.
Também tem aplicação em busca e salvamento.
Este robô chama-se MARS: Sistema Robótico Multi-Apêndices.
Há cinco anos, trabalhei no LPJ da NASA,
durante o verão como associado da faculdade.
Tinham já um robô com seis pernas chamado LEMUR.
Este é baseado nele.
É um robô hexápode.
Desenvolvemos o planeamento de marcha adaptativa.
Temos uma vantagem muito interessante nisto.
Os estudantes gostam de se divertir.
Demonstra uma mobilidade muito interessante.
Aqui podemos ver que está a andar num terreno estruturado.
É um pouco difícil de ver, nestes vídeos.
Está a tentar andar em terreno costeiro, uma zona arenosa,
mas dependendo da mistura ou do tamanho dos grãos de areia,
o modelo do apoio dos pés altera-se.
Tenta adaptar a marcha
de modo a atravessar com sucesso este tipo de coisas.
Também faz coisas divertidas, como podem imaginar.
Recebemos muitas visitas no nosso laboratório.
Quando elas chegam, o MARS desloca-se até ao computador,
e começa a escrever "Olá, chamo-me MARS.
"Bem-vindos ao RoMeLa,
"o Laboratório de Mecanismos Robóticos na Virgínia Tech".
Este é um robô amiba.
Não temos tempo para detalhes técnicos.
Mostrar-vos-ei apenas algumas experiências.
Estas são algumas das primeiras experiências de viabilidade.
Armazenamos energia potencial na pele elástica para o fazer mover.
Ou usamos cordas de tensão ativa, para o mover para a frente e para trás.
Também temos trabalhado com cientistas e engenheiros da UPenn,
para conseguirmos uma versão do robô amiba acionada quimicamente.
Fazemos alguma coisa a algo,
e, como por magia, ele move-se. A gota.
Este chama-se ChIMERA.
Este robô é um projeto muito recente. Chama-se RAPHaEL.
Mão Robótica Acionada por Ar com Ligamento Elásticos.
Há uma série de mãos robóticas muito fixes e muito boas no mercado.
O problema é que são muito caras, custam dezenas de milhares de dólares.
Para aplicações protéticas, não é provavelmente muito prático,
porque é demasiado caro.
Queríamos abordar este problema de outra forma.
Em vez de usarmos motores elétricos e atuadores eletromecânicos,
estamos a usar ar comprimido.
Desenvolvemos atuadores novos para as articulações.
Tem conformidade. Podemos alterar a força,
alterando apenas a pressão do ar.
Consegue esmagar uma lata de sumo.
Pode pegar em objetos delicados como um ovo cru.
Ou, neste caso, uma lâmpada.
A vantagem é que o primeiro protótipo custou apenas 200 dólares.
Este robô é, na verdade, uma família de robôs cobra
a que chamamos HYDRAS:
Serpentina Robótica Articulada com Hiper Graus de Liberdade.
A que vemos aqui está lá fora na entrada.
Temos uma demonstração, passem lá no intervalo.
Este robô consegue subir estruturas.
Isto é um braço HYDRA.
É um braço robótico com 12 graus de liberdade.
A parte fixe é a interface de utilizador.
Aquele cabo é de fibra ótica.
Esta aluna está talvez a usá-la pela primeira vez,
mas pode articulá-la de muitos modos diferentes.
Por exemplo, no Iraque, na zona de guerra,
há bombas na berma da estrada.
Atualmente, são enviados veículos armados controlados remotamente.
Demora muito tempo e é caro,
treinar uma pessoa para operar um braço complexo.
Neste caso, é muito intuitivo.
Este aluno está talvez a usá-lo pela primeira vez,
em tarefas de manipulação muito complexas,
a pegar em objetos e a manipulá-los, facilmente.
Muito intuitivo.
Este robô é atualmente a nossa estrela.
Temos um clube de fãs para o DARwIn:
Robô Dinâmico Antropomórfico com Inteligência.
Como sabem, estamos muito interessados na locomoção humana, por isso decidimos
construir um pequeno robô humanoide.
Foi em 2004.
Nessa altura, isto era algo muito revolucionário.
Este era um estudo mais realizável:
Que tipo de motores devemos usar?
É de todo possível?
Isto não tem qualquer sensor.
É um controlo de malha aberta.
Para os mais informados, se não temos qualquer sensor,
e houver perturbações, sabemos o que acontece.
(Risos)
Baseados nesse sucesso, no ano seguinte,
fizemos o desenho mecânico apropriado,
começando pela cinemática.
Assim, o DARwIn I nasceu em 2005.
Põe-se em pé, caminha, — muito impressionante.
No entanto, como podemos ver, tem um cordão umbilical.
Ainda estamos a usar uma fonte de energia externa,
e computação externa.
Em 2006, é tempo de nos divertirmos.
Vamos dar-lhe inteligência.
Toda a capacidade de computação de que precisa: um Pentium M a 1,5 GHz,
duas câmaras "FireWire", giroscópios, acelerómetros,
quatro sensores de pressão, nos pés, baterias de polímero de lítio.
O DARwIn II é completamente autónomo.
Não é controlado remotamente.
Não há amarras. Olha em redor, procura a bola,
e tenta jogar futebol de forma autónoma:
inteligência artificial.
Vamos ver como se comporta. Esta foi a nova primeira tentativa, e...
(Vídeo): Espectadores: Golo!
Dennis Hong: Existe uma competição chamada "RoboCup".
Não sei quantos ouviram falar dela.
É uma competição internacional de futebol robótico autónomo.
O verdadeiro objetivo da "RoboCup",
é termos, cerca do ano 2050,
robôs humanoides autónomos, em tamanho real,
a jogar contra os campeões humanos da Taça do Mundo,
e a ganhar.
É um objetivo real, muito ambicioso,
mas acreditamos verdadeiramente que conseguimos atingi-lo.
Isto foi no ano passado, na China.
Fomos a primeira equipa norte-americana a qualificar-se.
para a competição humanoide "RoboCup".
Isto foi este ano, na Áustria.
Vamos ver a ação, três contra três,
completamente autónomos.
Aí vamos nós. Sim!
Os robôs seguem a bola
e jogam em equipa entre si
É impressionante. É um verdadeiro evento de investigação,
apresentado como um evento mais excitante de competição.
O que vemos aqui é o maravilhoso troféu
da Taça Louis Vuitton.
Este são os melhores humanoides.
Gostaríamos de levar isto pela primeira vez aos Estados Unidos,
no próximo ano, por isso desejem-nos boa sorte.
Obrigado.
(Aplausos)
O DARwIn tem também vários outros talentos.
No ano passado conduziu a Orquestra Sinfónica Roanoke,
num concerto de férias.
Este é o robô da próxima geração, o DARwIn IV,
mas mais esperto, rápido e forte.
Está a tentar dar "show" das suas capacidades.
"Sou macho, sou forte.
"Também consigo fazer movimentos como o Jackie Chan,
"Movimentos de artes marciais."
(Risos)
E vai-se embora. Este é o DARwIn IV.
Recordo que poderão vê-lo na entrada.
Acreditamos que este será o primeiro robô humanoide corredor,
nos Estados Unidos, por isso fiquem atentos.
Mostrei-vos alguns dos nossos fantásticos robôs em ação.
Qual é o segredo do nosso sucesso?
Onde vamos buscar estas ideias?
Como desenvolvemos este tipo de ideias?
Ganhamos prémios atrás de prémios, ano após ano.
Estamos a ficar sem espaço na parede, para pôr estas placas.
Estão a começar a acumular-se no chão. Esperamos não ter perdido nenhuma.
Estes são os prémios que ganhámos no Outono de 2007,
nas competições robóticas e coisas do género.
Temos cinco segredos.
Primeiro: onde vamos buscar a inspiração?
Onde conseguimos a centelha de imaginação?
Esta é a minha história pessoal.
Quando me deito, à noite, às 3 ou 4 da manhã,
deito-me, fecho os olhos e vejo linhas e círculos
e diferentes formas a flutuar.
Elas juntam-se e formam este tipo de mecanismos.
Eu penso: "Ah, isto é fixe."
Mantenho um bloco à beira da cama,
um diário, com uma caneta especial que tem uma luz LED,
pois não quero acender a luz e acordar a minha mulher.
Quando vejo isto, escrevo tudo, desenho coisas e deito-me.
Todas as manhãs,
a primeira coisa que faço, antes do meu primeiro café,
antes de lavar os dentes, abro o bloco.
Muitas vezes está vazio.
Algumas vezes tenho lá alguma coisa, por vezes lixo.
Na maior parte das vezes nem consigo ler a minha letra.
Às 4 da manhã, o que esperam?
Tenho que decifrar o que escrevi.
Por vezes vejo lá um ideia genial
e tenho um momento "Eureka".
Corro para o meu escritório, sento-me ao computador,
escrevo as ideias, faço esboços,
e mantenho uma base de dados de ideias.
Quando surgem os convites para apresentação de propostas,
tento encontrar uma correspondência entre as minhas ideias potenciais e o problema.
Se existe correspondência, escrevo uma proposta,
tento obter os fundos para a investigação e começamos os nossos programas.
Mas uma centelha de imaginação não é suficiente.
Como desenvolvemos ideias deste género?
No nosso Laboratório de Robótica e Mecanismos, RoMeLa,
Temos sessões de "brainstorming" fantásticas.
Juntamo-nos, discutimos os problemas,
as soluções para os problemas e falamos sobre elas.
Mas antes de começarmos, estabelecemos uma regra de ouro.
A regra é:
Ninguém critica as ideias de outra pessoa.
Ninguém critica qualquer opinião.
Isto é importante, porque, muitas vezes, os alunos receiam
ou sentem-me inseguros em relação ao que os outros pensam
acerca das suas opiniões e pensamentos.
Uma vez feito isto, é fantástico
como os alunos se abrem.
Eles têm ideias excêntricas, fixes, malucas e brilhantes.
Toda a sala fica eletrizada com energia criativa.
É assim que desenvolvemos as nossas ideias.
Estamos a ficar sem tempo.
Gostaria de falar sobre mais uma coisa.
Uma centelha de ideia e desenvolvimento não são suficientes.
Houve um grande momento TED,
penso que foi Sir Ken Robinson.
Ele deu uma palestra sobre como a educação e a escola
matam a criatividade.
Na realidade, a história tem duas faces.
Há muito a fazer
com ideias engenhosas,
criatividade e boa intuição de engenharia.
Se queremos ir além de ajustes,
ou ir além de um passatempo de robótica,
enfrentar os grandes desafios da robótica, através de investigação rigorosa,
é preciso mais do que isso.
É aí que entra a escola.
O Batman, para lutar contra os maus,
construiu o seu cinto de utilidades, tem o seu arpéu,
tem todo o tipo de engenhocas.
Para nós, especialistas de robótica, engenheiros e cientistas,
as ferramentas são o que se aprende nas aulas.
Matemática, equações diferenciais.
Tenho álgebra linear, ciência, física,
até, hoje em dia, química e biologia, como vimos.
Estas são as ferramentas de que precisamos.
Quantas mais ferramentas tivermos,
mais eficaz será o Batman a lutar contra os maus,
no nosso caso, melhor atacaremos estes grandes problemas.
A educação é muito importante.
Mas não se trata apenas disso.
Também é necessário trabalhar muito.
Digo sempre aos meus alunos,
"Sejam espertos, depois trabalhem muito".
Nesta imagem atrás, são três da manhã.
Se forem ao nosso laboratório às três ou quatro da manhã,
estarão lá alunos a trabalhar,
não porque eu lhes disse, mas porque estamos a divertir-nos muito.
Isto leva-nos ao último tópico:
Não se esqueçam de se divertir.
É o segredo do nosso sucesso, divertimo-nos imenso.
Acredito que a maior criatividade surge quando nos divertimos.
É isso que estamos a fazer.
Estamos mesmo a ficar sem tempo.
Espero ter outra oportunidade para vos falar
e apresentar outros projetos robóticos excitantes de que não tive tempo de falar.
Temos um veículo completamente autónomo
que pode deslocar-se em ambientes urbanos.
Ganhámos meio milhão de dólares na "DARPA Urban Challenge".
Também temos o primeiro veículo do mundo,
que pode ser conduzido por cegos.
Chamamos-lhe o Desafio do Condutor Cego, muito excitante.
E muitos outros projetos robóticos de que vos quero falar.
Aí têm. Saiam, leiam um bom livro.
Inspirem-se, inventem, trabalhem muito.
Continuem na escola.
Apareçam com ideias fixes. Terei gosto em saber mais sobre elas.
Enviem-me um email, vamos falar.
Muito obrigado.
(Aplausos)
（掌聲）
感謝主辦單位的邀請。
我有太多很讚的作品 想跟大家分享，
而我們只有 18 分鐘，
所以我掙扎了很久， 該刪減哪些內容，
待會看情況吧，我們有 18 分鐘，
先說聲抱歉， 可能我會講得非常非常快。
我想提到的第一台機器人 名為「闊行者」。
是「自激發三足動態 實驗機器人」的英文縮寫。
這仿生機器人有三支腳，
設計靈感來自於自然界。
但大家在自然界中有看過 任何動物是三隻腳的嗎？
或許沒有吧。
那為什麼我說這機器人 是仿生設計呢？
到底三隻腳怎麼走路？
在進一步說明前， 我們參考一下流行文化。
大家知道威爾斯的小說 改編成電影的《世界大戰》。
現在畫面上可以看到
一款很熱門的遊戲，
在故事裡面描述了外星生物
以及三隻腳的機器人要入侵地球。
不過我的「闊行者」機器人 不是這樣子走路的。
那麼，它到底怎麼走呢？
這是動態擬真畫面，
可以讓大家看看機器人如何運作，
每每我參加機器人研討會，
把這影片放給我的同僚看的時候，
大家都會驚嘆： 「嗚！哇！這好酷！」
所以等一會兒我點一下播放影片時，
請大家一起發出「嗚」和「啊」...
（觀眾：嗚...）
啊！是不是很酷？
它邊走會邊 180 度翻身，
第三隻腳晃到中間， 由另外兩隻腳撐著落地。
它就這樣走路。
想想，這看起來很複雜， 很接近有機生物，
但我們為什麼想要這麼做？
為何說這樣的設計是「仿生」？
我簡單解說一下。
看看我們人類——雙足動物 怎麼走路的？
你不會刻意去控制肌肉抬腿，
然後像機器人那樣走路，對吧？
其實你是甩動你的腳，腳落地，
往上提，再甩腳，再落地。
你的動作渾然天成， 人體內部的物理機制
就像鐘擺往復擺動一般。
我們稱這種概念為 「被動牽引動力」。
你的行動是，當你起身，
位能轉為動能、
位能轉為動能，
這是個重覆起落的過程，
因此，即便自然界沒有任何生物 是這樣子行走的，
我們的設計確實來自於生物學，
將走路的原理應用到 這台機器人身上，
因此這是台「仿生」機器人。
現在大家看到的是 下一步我們想做的。
我們想讓三隻腳彎曲蹲下， 然後做長射程彈跳，
然後開展三腳， 幾乎像是「星戰」那樣。
它落地的時候腳會吸收衝擊， 然後開始走路，
你現在看到的黃色光線， 並不是死亡射線（笑聲），
只是用來表示攝影機 或其他感應器的探照範圍，
因為它很高，1.8 公尺高，
視界可以超越如樹叢之類的障礙物。
我們有兩座原型機，
第一台在後方，就是闊行者一號，
闊行者一號遇到的問題是──
前面比較小台的是闊行者二號──
一號機的問題是：
機身太重了，
有很多組馬達要配合， 用於各個關節等等，
因此我們仿造出一種機制
不需那麼多組馬達， 只要單一馬達，
就可以調控所有的動作。
這是用純機械方式去解決問題， 而不是用電機方法來處理。
如此一來，機身的上半夠輕了。
這是它在我們的實驗室走動， 是我們成功的第一步。
但還不完美，因為那杯咖啡倒了，
所以還有很多改進空間。
我想介紹的第二台機器人， 叫做「穿越號」
它是「搭載聲動系統 智慧移動平台」的英文縮寫。
這台是輪足混成式的機器人，
想像沒有輪圈的輪框，
輪框裡的每支交桿 都可以通過輪轂伸出縮回，
所以稱之為輪足混成式。
我們真正重新定義「輪子」的設計。
我讓大家看一下這怎麼回事。
影片中我們看到，這種行走方式，
被稱為「反應式」設計。
只要使用腳上的觸覺感測器
在行走時可以適應變化的地形、
柔軟的地形， 這種地形會隨施力變化。
而根據觸覺感測的資訊，
它可以成功通過這類的地形，
但是，如果是非常極端的地形，
像這裡，這個障礙物的高度 是機器人的三倍多，
像這邊，這個障礙物的高度 是機器人的三倍多，
機器人就會切換到特定模式，
用雷射搜尋器掃描範圍，
搭配影像系統來辨識 障礙物為何及其大小，
再謹慎地規劃控制協調輪桿的動作，
呈現出這種非常非常 厲害的行動能力。
這是前所未見的機器人，
它具有高度的移動力，
我們將它稱為「穿越號」。
你開車的時候打方向盤 讓車子轉彎，
是運用「阿克曼」轉向原理，
前輪會同時像這樣轉，
但小型輪式機器人則是用 另一種方法作轉向控制，
讓左右輪可以各自反方向轉。
「穿越號」可以做很多種動作，
舉例來說，雖然這邊 左右輪子相連在一起、
單軸向旋轉、具有相等的角速度，
但我們只要改變輪桿的長度，
即改變了旋轉半徑， 因此可以使其右轉或左轉，
這就是「穿越號」擁有的 一些「超能力」。
這台機器人叫做「攀行者」：
「電纜懸臂式智慧比對行為 機器人」的英文縮寫。
我和 NASA 的 JPL 科學家們討論，
「噴射推進實驗室」—— JPL 最有名的就是火星探測車。
那邊的科學家、地理學家 一直跟我說，
最有意思的科學研究地點，
等著科學去挖掘的場域、 常常是在懸崖邊上，
但現有的探測車 到達不了那些地方。
所以這引發我們想要 設計一種機器人，
能夠攀行懸崖環境。
這就是「攀行者」。
它能夠──它有三隻腳， 有點難辨識──
不過，它頭頂裝有絞盤和電纜線，
它會想辦法找出 腳可以攀住的最佳位置，
找到了之後，
它會即時地運算出著力分佈，
要用多少力氣才能抓住岩壁面，
而不會翻倒或是向下滑，
等它站穩後，會再舉起一隻腳，
配合絞盤作用， 可以在各種地形攀爬，
也可以進行搜救等用途。
這台叫做「火星號」： 「多足機器人系統」的英文縮寫。
五年前的夏天 我在 NASA 的 JPL 工作，
那時他們就有一款六足機器人 叫做「狐猴號」，
這台受到當初那台設計的啟發，
一樣有六隻腳，
我們開發了適應環境的邁步模型，
這台馱載的東西很有意思，
學生們很愛玩它，
它的行動能力很有趣，
看這邊，它在特定結構地形上行走，
可能有點看不清楚， 這邊的三個畫面中，
它要在海岸沙地的地形上行走，
但是隨著砂礫大小 或沙地的含水量不同，
它的腳下沉的深度都不太一樣，
所以要想辦法隨之修正它的腳步
才能夠成功地走過這類地形。
它也會很多小伎倆， 大家或許想得到
有超多人會來參觀我們實驗室，
每當有客人來訪， 「火星號」會爬到電腦上打字：
「你好，我叫『火星號』，
歡迎來到 RoMeLa，
維吉尼亞理工學院的 機器人實驗室。」
這台則是「阿米巴」機器人。
時間可能不太夠， 不講太多技術細節，
給大家看看實驗的結果就好。
好，這是前期的可行性研究，
我們在塑性的表層儲存位能， 用以驅動它行動，
或是利用主動式張力索， 讓它可以向前或向後移動，
我們也和賓州大學的 科學家及工程師合作，
打造出這款以化學能驅動的 「阿米巴」變形蟲。
我們對某部位做了某些事，
像施展了魔法，它移動了！ 像科幻片的「史萊姆」！
這叫做「奇美拉」。（註：獅頭 羊身蛇尾之類的混種嵌合怪物）
這台則是很近期的作品。
它叫做「拉婓爾」。
「具彈性韌帶之氣動式 機械手」的英文縮寫。
市面上有很多很棒、 很厲害的機械手臂，
問題在於那些產品都所費不貲， 幾萬塊美金上下，
所以，在義肢應用上 可能不太經濟實惠，
因為大家買不起。
我們想走一個完全不同的方向 來解決這個問題。
我們不採電動馬達、 電子制動器的設計，
反而是採用空氣壓縮機制。
我們研發了這種先進的 關節制動器，
它很靈活，力道可以隨心所欲，
只要改變氣壓就可以了。
它可以隨手捏扁空鋁罐，
也能拿取易碎物品， 像是生雞蛋，
或是這邊的燈泡。
最棒的是做出這台樣品機 只需要兩百美金。
這台機器人是蛇形系列，
我們將之名為「海龍號」。
「超高自由度鉸接式蛇形 機器人」的英文縮寫。
大家看到那邊── 我們在戶外大廳有實體展示，
大家中場休息時候可以過來瞧瞧。
這台機器人會攀爬，
這就是海龍的手臂，
它有 12 個自由度，
但很酷的地方在於它的使用界面，
影片中的那條纜線，其實是光纖，
這名學生，可能是初次使用，
她卻能輕易操控各種扭動的方式，
所以，例如說在伊拉克那種戰區，
路邊就有炸彈。
現行方案是派出 附有機械手臂的遙控掃雷車，
訓練人員操作那種複雜的裝置， 要耗費很大量的時間和成本。
「海龍」的操作就很直覺，
這個學生，可能初次使用
也能操控機械手臂去做複雜的動作，
撿拾東西等等，就這麼簡單。
操作非常直覺。
那麼，這是我們現在的明星機器人！
這個有粉絲團的機器人「達爾文」，
「動態智能人形機器」的英文縮寫。
大家知道，我們很喜歡 研究人類的走路方式，
所以我們就做了一台 小型的人形機器人，
那是 2004 年，
當時這可是一項創舉。
這個則比較像是可行性研究，
我們應該選用什麼馬達？
到底有沒有可能？ 應該做哪些控制？
它身上沒有任何感測器，
是開迴路控制，
有些人大概會知道， 如果沒有裝任何感測器，
只要有一點外界干擾， 會發生什麼事可想而知。
（笑聲）
基於那次的成功，
隔年我們從動力模型出發，
做出了相應的機構設計，
因此，第一代的「達爾文」號 在 2005 年誕生了。
它會站起來、走路...超厲害的！
但是它還是有「臍帶」， 還是得接電線，
那時我們還是用外接電源，
運算單元也是外接的。
到 2006 年可好玩了，
我們給它加點「智慧」吧。
有了該有的運算能力：
1.5G 的 Pentium M 晶片，
兩台 FireWire 鏡頭、 速率陀螺儀、加速規、
腳上有四組力學感應器， 以及鋰聚電池。
成為全自動的「達爾文二世」。
不需要遠端遙控，
不用拴著，它東看看西瞧瞧， 找找球在哪裡，
看一看、找一找，自己會玩足球，
自主式，人工智慧。
看看它玩得如何， 這是我們的第一回合，而...
（影片中的觀眾喊）：得分！！！
事實上有個「機器人盃」比賽，
不知道你們聽過沒有，
那是國際性的自主機器人足球賽，
「機器人盃」比賽的真正的目的是：
希望能夠在 2050 年前 有真人大小的自動機器人，
可以和人類世界盃冠軍隊對戰，
並且要贏！
這是貨真價實的目標， 雄心勃勃的目標，
但我們真的相信我們做得到！
所以，去年在中國的比賽，
我們是美國國內第一組 取得代表隊資格，
參加機器人盃的比賽。
這是今年在奧地利，
大家看到三對三的比賽，
全自動，
看到了沒！好啊！
機器人會追蹤球，
還會和自己的團隊合作。
這超棒的。
事實上這把研究工作包裝成比賽，
更加引人入勝。
這就是漂亮的名牌 LV 盃獎座，
最優秀的人形機器人才配擁有。
希望明年我們會首次將它抱回美國。
祝我們好運啊！
（掌聲）
謝謝大家。
「達爾文」還有很多才藝，
它在去年的佳節音樂會
擔任羅諾克交響樂團的指揮。
這是下一代的機器人， 「達爾文」四代，
更加聰明、反應更快、更強而有力。
它想要炫技一下，
「我很陽剛，我很壯！
我也會兩招成龍的功夫，
格鬥招數：劈腿技！」
（笑聲）
然後退場。 這是「達爾文四代」。
同樣地，大家也可以 在外面大廳見識它的英姿。
我們衷心相信
這會是美國第一台 會「奔跑」的人形機器人，
所以，敬請期待。
好了，我給大家看了一些 很棒的研究成果，
那，我們的成功秘訣是什麼？
我們怎麼想出這些點子的？
我們怎麼把想法發展下去？
年復一年，我們連連獲獎，
牆上掛不下這些獎牌、獎狀了，
只好堆在地上， 希望它們不會被拿去丟。
這是 2007 年秋天 某個機器人比賽的得獎照。
我們有五個秘訣。
第一：靈感從何而來？
在哪靈光乍現？
這是我個人的真實故事，
凌晨三、四點時我上床睡覺，
躺平、閉上眼睛，
我看到線條、圓圈，
各種圖形浮現，
互相組合，形成一些機制，
我心想：「啊，這很酷！」
我在床邊放了本筆記本，
夾著特製的筆， 上面有 LED 燈可以照明，
因為我不想開燈吵醒我老婆，
所以我把看到的東西全畫下來，
再回去睡覺。
每天早晨
醒來第一件事，在喝咖啡之前、
在刷牙之前，我翻開我的記事本，
常常是空白的，
有時候有畫些東西， 有時候只是沒用的東西，
很多時候連我自己 都看不出來寫了些什麼，
到底是凌晨四點，還能怎樣？
我還得解碼自己的筆記。
但有時候我會發現 裡面有超級天才的點子，
我靈光乍現的時刻。
我會直衝家裡的辦公室，坐在電腦前，
打字記下來、畫下來，
存入我的點子庫。
因此，每當有新需求的時候，
我就翻出資料庫，看哪個點子 可能可以解決這次的問題，
如果符合，就寫個研究提案，
找研究經費，這就是我們 開始研究計畫的方式。
但只有一點想像力的火花是不夠的，
我們要怎麼往下發展？
在 RoMeLa 機器人實驗室裡，
我們會撥時間做腦力激盪，
大家聚到一起討論問題和解決方法，
互相切磋。
但前提是我們有一條黃金守則，
那就是：
不批評別人的想法。
不批評任何人的意見。
這很重要，因為學生常會害怕
或是在意別人對他們的看法，
因而感到不自在。
一旦有了這個規定，很神奇：
學生更願意分享，
他們會提出很古怪、很酷、 很瘋、很棒的主意，
整間會議室像是 被創意的能量給激活了，
這就是我們發展想法的方式。
好吧，我們沒時間了。
還有一件事我想說，那就是
只有靈光乍現和開發是不夠的。
TED 有很棒的一集，
我記得那位講者是 肯 · 羅賓森爵士，對嗎？
那次他講到教育和學校 怎麼扼殺了創意。
其實那個故事有兩個面向。
僅僅有天才想法、創意， 和優秀的工程師直覺，
只能夠做到一個限度。
如果你不只想玩玩就好，
不只是當個業餘的機器人愛好者，
而是要透過縝密嚴謹的研究 來克服機器人領域的各種重大挑戰，
我們得要更多。
這時學校的教育就扮演重要的角色。
蝙蝠俠和壞蛋對抗，
他有多功能蝙蝠腰帶、攀爬爪鉤、
各式各樣的武器道具，
對我們這些機器人專家、 工程師、科學家而言，
我們需要的武器或工具， 就是你在學校學的課程，
數學、微分方程式、
線性代數、科學、物理，
現今甚至還要用到化學、 生物，你們知道的，
這些就是我們需要的工具。
因此，工具越多，
蝙蝠俠就越能有效地打擊壞人；
而我們擁有越多的工具 就越能解決這些大問題。
所以，教育是非常重要的。
還有，不僅僅是這樣，
你還必須非常非常努力工作，
因此，我總是告誡學生：
「聰明地工作，努力地工作。」
後面這張照片是凌晨三點，
我保證，如果你 三、四點來我們實驗室，
一定還有學生在工作。
不是我要求他們要這樣， 而是因為我們玩得太開心了。
這就帶到最後一個重點：
「毋忘童心」。
這才是我們成功的最大秘訣： 我們玩得不亦樂乎。
我真心相信：玩得開心時最有生產力。
那就是我們在做的。
再次，我們沒時間了。
希望我下次還有機會向大家介紹
今天沒介紹到的其他機器人計畫：
我們有全自動無人駕駛車，
可以在市區環境下行駛；
我們在 DARPA 城市賽中 贏得 50 萬美元獎金；
我們也有世界第一台
盲人可以駕駛的汽車，
我們稱作「盲駛挑戰」。非常有趣。
還有很多很多其他的計畫。
就這樣啦，去外面晃晃，看本好書，
充充電，發明東西，努力工作，
不要翹課，好好唸書。
想些很酷的點子，我很願意聽聽。
丟封電子郵件給我，我們聊聊。
就這樣啦！非常感謝大家！
（掌聲）