-
Title:
Моите седем вида роботи - и как ги създадохме
-
Description:
На ТЕДхНАСА Денис Хонг представя седем спечелили награди роботи за всякакъв терен - като хуманоида, играч на футбол Дарвин и катерача по скали Клаймър - всички изградени от екипа му в РоМеЛа, Вирджиния Теk. Гледайте докрая, за да чуете петте творчески тайни на невероятния технически успех на тази лаборатория.
-
Speaker:
Денис Хонг
-
Първият робот, за който ще говорим, се нарича СТрайДЪР.
-
Името е съкращение от "самовъзбудим
-
трикрак динамичен експериментален робот".
-
Това е робот, който има три крака,
-
вдъхновен от природата.
-
Но виждали ли сте в природата
-
животно, което има три крака?
-
Вероятно не. Тогава защо наричам това
-
биологично вдъхновен робот? Как би действал той?
-
Но преди това, да погледнем поп културата.
-
Познат ви е романът на Х.Дж.Уелс "Война на световете", както и филмът.
-
А това, което виждате тук, е една
-
много популярна видеоигра.
-
В художествената литература описват извънземните
-
трикраки роботи, които тероризират Земята.
-
Но моят робот - СТрайДЪР, не се движи така.
-
Това е анимация с реална динамична стимулация.
¶
-
Просто ще ви покажа как действа роботът.
-
Обръща с подскок тялото си на 180 градуса.
-
Люлее крака си между двата други крака, за да предотврати падане.
-
Ето как върви. Но като погледнете нас,
-
човешките същества, вървящи на два крака,
-
какво правите, ако всъщност не използвате мускул,
-
за да вдигнете крак и да вървите като робот. Нали?
-
Онова, което правите всъщност, е да залюлеете крак и да избегнете падането,
-
отново да се изправите, да залюлеете крак и да избегнете падането.
-
Като използвате вградената си динамика, физиката на вашето тяло,
-
точно като махало.
-
Наричаме това понятието за пасивно динамично придвижване.
-
Онова, което правите, когато стоите изправени,
-
потенциална енергия към кинетична енергия,
-
потенциална енергия към кинетична енергия.
-
Това е процес на постоянно падане.
-
Затова, макар и в природата да няма нищо, което прилича на това,
-
наистина бяхме вдъхновени от биологията
-
и с прилагане принципите на ходенето
-
към този робот, това е биологично вдъхновен робот.
-
Ето там виждате следващото, което искаме да направим.
¶
-
Искаме да сгънем краката нагоре и да го пригодим за движение с далечен обсег.
-
Разгръща краката си, прилича почти на "Междузвездни войни".
-
Когато се приземява, той поглъща удара и започва да върви.
-
Онова, което виждате тук, това жълто нещо - това не е лъч на смъртта.
-
А само за да ви покажа, че ако имате камери
-
или различни типове сензори,
-
защото е висок - висок е 1,8 метра,
-
може да виждате над пречки като храсти и такива неща.
-
-
Първата версия, отзад - това е СТрайДЪР І.
-
Онзи отпред, по-малкият, и СТрайДЪР ІІ.
-
Проблемът, който имахме със СТрайДЪР І,
-
е, че просто беше твърде тежък в тялото. Имахме толкова много мотори,
-
разбирате ли, подреждане на ставите и такива неща.
-
Затова решихме да синтезираме механичен механизъм,
-
така че да можем да се отървем от всички мотори и с един-единствен мотор
-
можем да координираме всички движения.
-
Това е механично решение на даден проблем, вместо да се използва мехатроника.
-
А с това сега горната част на тялото е достатъчно лека, за да може да върви в лаборатория.
-
Това беше първата успешна стъпка.
-
Все още не е усъвършенствана. Кафето му пада,
-
така че още имаме много работа за вършене.
-
Вторият робот, за който искам да говоря, се нарича ИМПАС.
¶
-
Съкращение от Интелигентна мобилна платформа със спицово задвижване.
-
Това е хибриден робот на колела.
-
Представете си колело без ръб,
-
или спицово колело.
-
Но спиците индивидуално се движат в главината и извън нея.
-
Това е хибрид на колела.
-
Буквално преизобретяваме колелото тук.
-
Да демонстрирам как работи.
-
В това видео използваме един подход,
-
наречен реактивен подход.
-
Просто като използва тактилните сензори на стъпалата,
-
той се опитва да върви по променящ се терен,
-
мек терен, при който натиска надолу и се променя.
-
И само чрез тактилната информация
-
успешно пресича тези типове терен.
-
Но когато се сблъска с много екстремен терен,
¶
-
в този случай пречката е над три пъти
-
по-висока от робота,
-
тогава превключва на режим на обмисляне,
-
при който използва лазерен обхватен приемник
-
и системи от камери, за да идентифицира пречката и размера
-
и планира, внимателно планира движението на спиците
-
и го координира, така че да може да показва
-
тази много, много впечатляваща мобилност.
-
Вероятно не сте виждали нищо подобно.
-
Това е робот с много висока мобилност,
-
развит от нас, наречен ИМПАС.
-
А! Не е ли страхотно?
-
Когато карате колата си,
¶
-
когато управлявате колата си, използвате един метод,
-
наречен Акерманово управление.
-
Предните колела се въртят ето така.
-
Повечето от тези малки роботи на колела
-
използват един метод, наречен диференциално управление,
-
при който лявото и дясното колело се обръщат в противоположна посока.
-
При ИМПАС можем да извършваме много, много различни типове движение.
-
Например, в този случай, макар и лявото и дясното колело да са свързани
-
с една полуос, въртяща се под същия ъгъл.
-
Просто променяме дължината на спицата.
-
Засяга диаметъра, а после се обръща наляво, обръща се надясно.
-
Това са само някои примери за спретнатите неща,
-
които можем да правим с ИМПАС.
-
Този робот се нарича КЛАЙМъР,
¶
-
Кабелно окачен интелигентен робот с крайници и подходящо поведение.
-
Говорил съм с много специалисти от Лабораторията за реактивни двигатели (ЛРД) на НАСА
-
в ЛРД са прочути с марсоходите.
-
Учените и геолозите винаги ми казват,
-
че истински интересната наука,
-
местата с научни богатства са винаги по скалите.
-
Но сегашните машини не могат да стигнат дотам.
-
И така, вдъхновени от това, че искахме да изградим робот,
-
който да може да се катери по структурирана среда със стръмни урви.
-
-
Ето какво прави - има три крака. Вероятно тудно се вижда,
-
но отгоре има лебедка и кабел.
-
И се опитва да открие къде е най-доброто място да стъпи.
-
А щом го открие,
-
в реално време изчислява разпределението на силата.
-
Колко сила е нужна, за да се напрегне до повърхността,
-
така че да не се наклони и да не се подхлъзне.
-
Щом се стабилизира, вдига крак,
-
а после с лебедката може да се изкатерва по такива неща.
-
Прилага се също и за издирване и спасяване.
-
Преди пет години всъщност работех в ЛРД към НАСА
¶
-
през лятото като аспирант-преподавател.
-
И вече имаха шестокрак робот, наречен ЛЕМУР.
-
Всъщност основан върху това. Този робот се нарича МАРС,
-
Многопридатъчна роботична система. Той е робот-хексапод.
-
Развили сме свой адаптивен планьор на походка.
-
Всъщност там имаме много интересен товар.
-
Студентите обичат да се забавляват. А тук виждате,
-
че върви по неструктуриран терен.
-
Опитва се да върви по грубия терен,
-
пясъчен район,
-
но в зависимост от съдържанието на влага или размера на пясъчното зърно
-
се променя моделът на затъване на стъпалото в почвата.
-
Той се опитва да адаптира походката си, за да прекосява успешно тези неща.
-
Прави и някои забавни неща, както може да си представите.
-
Много хора посещават лабораторията ни.
-
Когато дойдат посетителите, МАРС се приближава до компютъра,
-
започва да пише "Здравейте, казвам се МАРС".
-
Добре дошли в РоМеЛа,
-
лабораторията за роботични механизми във "Вирджиния Тек".
-
Този робот е робот-амеба.
¶
-
Нямаме достатъчно време да навлизаме в технически подробности,
-
само ще ви покажа някои от експериментите.
-
Това са някои от ранните експерименти за приложимост.
-
Съхраняваме потенциална енергия в еластичната кожа, за да я накараме да се движи.
-
Или използваме връзки за активно напрежение, за да го накараме
-
да се движи напред и назад. Казва се ХиМЕРА.
-
Работили сме и с някои учени
-
и инженери от "Унивеситета в Пенсилвания",
-
за да създадем химически задвижвана версия
-
на този робот-амеба.
-
Правим нещо с нещо.
-
И като по магия то се движи. Петното.
-
Този робот е много скорошен проект. Казва се РАФаЕЛ.
¶
-
Роботична въздухозадвижвана ръка с еластични връзки.
-
Има много наистина хубави, много добри роботични ръце на пазара.
-
Проблемът е, че просто са твърде скъпи, десетки хиляди долари.
-
Така че вероятно не е особено практично за протезно приложение,
-
защото човек не може да си го позволи.
-
Искахме да се захванем с разрешаване на този проблем в една много различна насока.
-
Вместо да използваме електрически мотори, електромеханично задвижване,
-
използваме сгъстен въздух.
-
Развихме новаторски устройства за задвижване на стави.
-
Услужлив е. Всъщност може да се промени силата,
-
просто като се промени натискът на въздуха.
-
И наистина може да смачка празна кутия от сода.
-
Може да вдига много деликатни обекти като сурово яйце,
-
или, в този случай, електрическа крушка.
-
Най-хубавото е, че за изработка на първия прототип бяха нужни само 200 долара.
-
Този робот всъщност е семейство от роботи-змии,
¶
-
които наричаме ХиДРИ,
-
Хипер градуси-свобода роботно артикулирано влечуго.
-
Това е робот, който може да се катери по структури.
-
Това е ръка на ХиДРИ.
-
Роботична ръка с 12 градуса свобода.
-
Но страхотното е потребителският интерфейс.
-
Кабелът ей там е оптично стъкло.
-
А тази студентка вероятно го използва за пръв път,
-
но може да го артикулира по много различни начини.
-
Например в Ирак, знаете ли, във военната зона
-
има крайпътни бомби. Сега може да изпращате
-
въоръжени превозни средства с дистанционно управление.
-
Наистина е нужно много време и е скъпо
-
да се обучи операторът да работи с тази сложна ръка.
-
В този случай тя е много интуитивна.
-
Студентката, която вероятно я използва за пръв път, изпълнява много сложна манипулационна задача,
-
вдига обекти и прави манипулации,
-
просто ей така, много интуитивно.
-
Този робот понастоящем е нашият робот-звезда.
¶
-
Всъщност имаме фен клуб за робота ДАРвИн,
-
Динамичен антропоморфичен робот с интелигентност.
-
Както знаете, много се интересуваме
-
от хуманоидния робот, човешката походка,
-
затова решихме да изградим един малък хуманоиден робот.
-
Това беше през 2004-та, по онова време
-
беше нещо наистина революционно.
-
Това беше по-скоро проучване за приложимост,
-
какъв вид мотори трябва да използваме?
-
Дали изобщо е възможно? Какъв вид контрол трябва да прилагаме?
-
няма никакви сензори.
-
Така че това е управление с отворен обръч.
-
За онези от вас, които може би знаят, ако няма никакви сензори
-
и има някакви смущения, знаете какво се случва.
-
(Смях)
-
Въз основа на този успех на следващата година
¶
-
направихме подобаващия механичен дизайн,
-
като започнахме от кинематиката.
-
И така през 2005-та се роди ДАРвИн І.
-
Той се изправя. Върви, много впечатляващо.
-
Но все още, както виждате,
-
има връв, пъпна връв. Все още използваме външен източник на захранване
-
и външно изчисление.
-
През 2006-та вече наистина е време за забавление.
¶
-
Да му дадем интелигентност. Даваме му цялата изчислителна мощ, която му е нужна,
-
1,5 гигахерцов чип "Пентиум М",
-
две камери "Firewire", осем жироскопа, акселерометър,
-
четири сензора за усукване на стъпалото, литиеви батерии за захранване.
-
И сега ДАРвИн ІІ е напълно автономен.
-
Той не е с дистанционно управление.
-
Няма верига. Оглежда се наоколо, търси топката,
-
оглежда се, търси топката и се опитва да играе футболен мач,
-
автономно, изкуствена интелигентност.
-
Да видим как ще се справи. Това беше първият ни опит,
-
и... Видео: Гол!
-
Всъщност има едно състезание, наречено РобоКупа.
¶
-
Не знам колко от вас са чували за РобоКупа.
-
Това е международно футболно състезание за автономни роботи.
-
А целта на РобоКупа - истинската цел е,
-
че до 2050-та година
-
искаме да имаме автономни хуманоидни роботи в естествен ръст,
-
които да играят футбол срещу
-
човешки шампиони от Световната купа и да спечелят.
-
Това е истинска, реална цел. Много амбициозна цел,
-
но наистина вярваме, че можем да я постигнем.
-
Това е миналата година в Китай.
¶
-
Бяхме първият отбор в Съединените щати, квалифициран
-
за участие в състезанието на хуманоидни роботи.
-
Това е тази година - беше в Австрия.
-
Ще видите действието, три на три,
-
напълно автономно.
-
Ето. Да!
-
Роботите проследяват и играят,
-
играят в екип помежду си.
-
Много е впечатляващо. Всъщност е изследвано събитие,
-
пакетирано в по-вълнуващо състезателно събитие.
-
Онова, което виждате там - това е красивата
-
купа "Луи Вютон".
-
Тя е за най-добър хуманоид,
-
и бихме искали да я донесем за пръв път в Съединените щати,
-
догодина, ако късметът е на наша страна.
-
Благодаря.
-
(Аплодисменти)
-
ДАРвИн има и много други таланти.
¶
-
Всъщност, миналата година той дирижира Роанокския симфоничен оркестър
-
на празничния концерт.
-
Това е роботът от следващо поколение, ДАРвИн ІV,
-
но по-умен, по-бърз, по-силен.
-
Опитва се да покаже способностите си.
-
"Аз съм мъжкар, силен съм."
-
Мога да правя и някои трикове в стил Джеки Чан,
-
движения от бойните изкуства.
-
(Смях)
-
И си тръгва. Това е ДАРвИн ІV,
-
ще може да го видите пак във фоайето.
-
Истински вярваме, че това ще бъде първият тичащ
-
хуманоиден робот в Съединените щати. Не спирайте да следите развитието.
-
Така - показах ви някои от нашите вълнуващи роботи в действие.
¶
-
А каква е тайната на успеха ни?
-
Откъде ни хрумват тези идеи?
-
Как развиваме такива идеи?
-
Имаме напълно автономно превозно средство,
-
което може да се движи в градска среда.
-
Спечелихме половин милион долара на Градското предизвикателство на DARPA.
-
Имаме също и първото в света
-
превозно средство, което може да се управлява от слепи.
-
Наричаме го предизвикателството на слепия шофьор, много вълнуващо.
-
Искам да говоря и за много, много други роботични проекти.
-
Това са само наградите, които спечелихме през есента на 2007-а
-
на конкурс по роботика, такива неща.
-
Всъщност имаме пет тайни.
¶
-
Първата е - откъде се вдъхновяваме,
-
откъде получаваме тази искра на въображението?
-
Това е истинска история, моя лична история.
-
Вечер, като си легна в 3-4 часа сутринта,
-
лягам, затварям очи и виждам едни линии, кръгове
-
и различни форми да се носят наоколо,
-
събират се и оформят някакви механизми.
-
И тогава си мисля: "А, страхотно."
-
Затова точно до леглото си държа бележник,
-
дневник, със специална химикалка с лампичка, светодиод,
-
защото не искам да светвам лампата и да будя жена си.
-
Значи, виждам това, нахвърлям всичко, правя рисунки
¶
-
и си лягам.
-
Всяка сутрин
-
първото, което правя преди първата си чаша кафе,
-
преди да си измия зъбите, си отварям бележника.
-
Много пъти е празен,
-
понякога имам нещо там, понякога е боклук,
-
но повечето пъти не мога дори да си разчета почерка.
-
Е, какво може да се очаква в 4 сутринта?
-
Така че трябва да дешифрирам како съм писал.
-
Но понякога виждам там по някоя находчива идея
-
и имам момент "еврика".
-
Тичам направо в домашния си офис, сядам на компютъра,
-
въвеждам идеите, скицирам нещата
-
и поддържам база данни от идеи.
-
И когато обявят конкурс за проекти,
-
се опитвам да намеря нещо подходящо
-
сред потенциалните ми идеи
-
за задачата; ако има такова, пишем изследователски проект,
-
получаваме изследователско финансиране и така стартираме изследователските си програми.
-
Но само искра въображение не стига.
¶
-
Как развиваме този тип идеи?
-
В нашата лаборатория РоМеЛа, Лаборатория за роботични механизми,
-
имаме фантастични брейнсторминг сесии.
-
Събираме се в кръг и обсъждаме проблеми,
-
социални проблеми и говорим за тях.
-
Но преди да започнем, поставяме едно златно правило.
-
Правилото е:
-
Никой не критикува ничии идеи.
-
Никой не критикува никое мнение.
-
Това е важно, защото много пъти студентите се боят
-
или се чувстват неудобно какво може да си помислят другите
-
за техните мнения и мисли.
-
Щом веднъж го направиш, е изумително
¶
-
как се отварят тези студенти.
-
Имат страхотни, луди, блестящи идеи,
-
цялата зала просто се наелектризира от креативна енрегия.
-
Ето как развиваме идеите си.
-
Ами, времето ни изтича - искам да говоря за още нещо,
¶
-
разбирате ли, само искра на идея и развитие не са достатъчни.
-
Имаше един страхотен ТЕД момент,
-
мисля, че беше сър Кен Робинсън, нали?
-
Той изнесе разговор за това как образованието
-
и училището убиват креативността.
-
Е, всъщност историята има две страни.
-
Не може да се направи кой знае какво
-
само с находчиви идеи,
-
креативност и добра инженерна интуиция.
-
Ако искаш да стигнеш отвъд нескопосното бърникане,
-
ако искаш да стигнеш отвъд роботиката като хоби
-
и наистина да се захванеш с великите предизвикателства на роботиката
-
чрез щателни проучвания,
-
е нужно повече от това. Ето къде се намесва училището.
-
Батман, като се бие с лошите,
¶
-
има един колан с инструменти, има грайферната си кука,
-
има всякакви различни джаджи.
-
За нас, роботиците, инженери и учени,
-
тези инструменти са курсовете и уроците, които вземаш в час.
-
Математика, диференциални уравнения.
-
Имам линеарна алгебра, наука, физика,
-
дори в днешно време, химия и биология, както видяхте.
-
Това са всички инструменти, които са ни нужни.
-
Колкото повече инструменти имаш, за Батман
-
по-ефективен в борбата с лошите,
-
за нас - повече инструменти за атакуване на тези големи проблеми.
-
Така че образованието е много важно.
-
-
а само за това, трябва и да работиш наистина, наистина упорито.
-
Затова винаги казвам на студентите си -
-
работете умно, после работете упорито.
-
Снимката отзад - това е в три часа сутринта.
-
Гарантирам, че ако дойдете в лабораторията в 3-4 сутринта,
-
там работят студенти -
-
не защото им казвам да идват, а защото се забавляваме твърде много.
-
Което води до последната тема.
-
Не забравяйте да се забавлявате.
-
Това всъщност е тайната на нашия успех - твърде много се забавляваме.
-
Наистина вярвам, че най-високата продуктивност идва, когато се забавляваш.
-
Така и правим.
-
Това е. Много благодаря.
-
(Аплодисменти)