As minhas sete espécies de robôs | Dennis Hong | TEDxNASA

Esta palestra foi feita num evento local TEDx, produzido independentemente das Conferências TED.

Na TEDxNASA, Dennis Hong apresenta sete robôs todo-o-terreno premiados — como o jogador de futebol humanoide DARwIn e o escalador CLIMBeR — todos construídos pela sua equipa no RoMeLa, na Virgínia Tech. Assista até ao fim para ouvir os cinco segredos criativos para o incrível sucesso técnico do seu laboratório.

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)