Dennis Hong: Meine sieben Arten von Robotern

Beim TEDxNASA stellt Dennis HONG sieben preisgekrönte All-Terrain-Roboter vor – wie den humanoiden fußballspielenden DARwin und den klippenüberwindenden CLIMBeR. All diese wurden von seinem Team RoMeLa, Virginia Tech gebaut. Schauen Sie bis zum Ende zu um die fünf kreativen Geheimnisse, welche zu dem unglaublichen technischen Erfolg seines Labors führen, zu hören

Also, der erste Roboter über den ich sprechen will heißt STriDER.

Das steht für Selbsterregter

Dreifüßiger Dynamischer Experimenteller Roboter.

Es ist ein Roboter, der drei Beine hat,

dies ist von der Natur inspiriert

Aber haben Sie schon einmal irgendetwas in der Natur gesehen

ein Tier gesehen, das drei Beine hat?

Wahrscheinlich nicht. Also, warum ich nenne ihn dann

einen biologisch inspirierten Roboter? Wie könnte das funktionieren?

Aber zuerst wollen wir einen Blick auf die Popkultur werfen.

Sie kennen also H.G. Wells Kieg der Welten als Buch und Film.

Und was Sie hier sehen können ist ein sehr beliebtes

Videospiel

In der Fiktion werden diese Außerirdischen

als dreifüßige Roboter, welche die Erde terrorisieren beschrieben.

Aber mein Roboter STriDER, bewegt sich nicht auf diese Weise.

Dies ist also, eine tatsächliche dynamisch simulierte Animation.

Ich werde ihnen nun zeigen wie der Roboter funktioniert.

Er dreht seinen Körper um 180 Grad.

Er schwingt einen Fuß zwischen den beiden andern hindurch, um den Fall abzufangen.

So geht er also. Aber sehen sie nur auf uns

die Menschen, wir gehen auf zwei Füßen,

wir benutzen nicht wirklich unsere Muskeln

um den Fuß zu heben und wie ein Roboter zu gehen. Stimmts?

Was wir tatsächlich tun, ist unseren Fuß nach vorne zu bewegen und den Fall zu abfangen,

wieder aufzustehen, den Fuß nach vorne zu bewegen und wieder den Fall zu abfangen.

Man bedient sich des im eigenen Körperbau eingebauten Kräftespiels,

genauso wie ein Pendel.

Wir nennen dies das Konzept der Fortbewegung durch passives Kräftespiel.

Was sie tun, wenn sie aufstehen ist,

potentielle Energie umwandeln zu kinetischer Energie,

potentielle Energie zu kinetischer Energie.

Es ist ein Prozess des ständigen Fallens.

Und obwohl es nichts in der Natur gibt, dass so aussieht wie das,

wurden wir tatsächlich von der Biologie inspiriert.

und weil wir die Gesetzmäßigkeiten des Gehens

an diesem Roboter angewendet haben, ist es ein biologisch inspirierter Roboter.

Was Sie hier sehen können, ist was wir als nächstes tun wollen.

Wir wollen die Beine zusammenfalten und ihn über weite Distanzen schießen.

Und er verwendet die Beine, es sieht fast aus wie in Star Wars

um beim landen den Stoß abzufangen und er beginnt zu gehen.

Was sie hier sehen, dieses gelbe Ding, das ist kein Todesstrahl,

das wird nur benutzt um zu zeigen, dass wenn man Kameras hat

oder andere Sensoren

weil er hoch ist, er ist 1 Meter 80 groß,

man über Hindernisse über Büsche und dererlei hinwegsehen kann.

Wir halben also zwei Prototypen.

Die erste Version, die Hintere, das ist STriDER I.

Der Vordere, der kleinere, ist STriDER II.

Das Problem, welches wir mit STriDER I hatten ist,

dass das Gehäuse einfach zu schwer war. Wir hatten zu viele Motoren,

sie wissen schon, welche die Gelenke adjustierten und dergleichen.

Also entschieden wir uns einen mechanischen Mechanismus einzubauen

mit dessen Hilfe wir und all die Motoren sparen konnten. Und mit einem einzigen Motor

können wir all diese Bewegungen koordinieren.

Wir benutzen Mechanik, um dieses Problem zu lösen anstelle von Mechatronik.

Mit dieser Anpassung ist der obere Teil des Gehäuses leicht genug um im Labor zu gehen.

Dies war der erste äußerst erfolgreiche Schritt.

Er ist noch nicht perfekt. Sein Kaffee fällt hinunter,

wir haben als noch eine Menge Arbeit vor uns

Der zweite Roboter über den ich sprechen möchte heißt IMPASS.

Das steht für Intelligentes Mobiles Plattform System mit Beweglichen Speichen.

Es ist also ein Rad-Fuß-Hybrid-Roboter.

Denken Sie an ein felgenloses Rad

oder ein Speichenrad

Aber die Speichen bewegen sich unabhängig voneinander in und aus der Radnabe

Er ist also ein Rad-Fuß-Hybrid.

Wir erfinden hier tatsächlich das Rad neu.

Ich werde ihnen zeigen wie er funktioniert.

Also, in diesem Video zeigen wir eine Methode,

die reaktives Verfahren genannt wird.

Lediglich die Berührungssensoren an den Füßen benutzend,

versucht er über sich veränderndes Terrain zu gehen,

ein weiches Terrain das sich wegrücken und verändern lässt.

Und nur durch ertastete Informationen

überquert er derartiges Terrain.

Aber wenn er sehr extremes Terrain überqueren soll,

in diesem Fall hat das Hindernis mehr als die dreifache

Höhe des Roboters,

schaltet der er auf einen Planungs-Modus um,

in diesem verwendet er eine LASER-Abstandsmessgerät

und Kameras, um das Hindernis und dessen Größe zu erfassen

und dann plant er vorsichtig die Bewegung der Radspeichen

und stimmt diese so auf einander ab, dass er sich auf diese

ausnehmend beeindruckende Weise fortbewegen kann.

Sie haben wahrscheinlich bis jetzt nichts dergleichen gesehen.

Dies ist ein hoch mobiler Roboter,

den wir entwickelt und IMPASS genannt haben

Ah! ist das nicht cool?

Wenn sie mit dem Auto fahren,

wenn Sie ihr Auto lenken, verwenden sie eine Methode,

welche Achsschenkellenkung genannt wird.

Die Vorderräder rotieren auf diese Weise.

Für die meisten kleinrädrigen Roboter

wird eine Methode verwendet, die man Differentiallenkung nennt,

bei ihr drehen sich das rechte und das linke Rad in verschiedene Richtungen.

IMPASS kann sich verschiedenster Arten der Fortbewegung bedienen.

Zum Beispiel: In diesem Fall, obwohl das linke und das rechte Rad mit einer

einzigen Achse verbunden sind und sich daher gleich schnell drehen,

ändern wir einfach die Länge der Speiche,

das beeinflusst den Durchmesser und dann dreht er sich links und dreht sich nach rechts.

Dies sind nur Beispiele einiger netter Dinge,

die wir tun können mit IMPASS.

Dieser Roboter heißt CLIMBeR

Kabel-aufgehängter Intelligenter Passend Verhaltender Roboter mit Gliedmaßen.

Ich habe also mit vielen NASA JPL Wissenschaftlern gesprochen,

JPL ist berühmt für die Mars Rovers.

Und die Wissenschaftler, die Geologen sagen mir immer,

dass die tasächlich interessante Wissenschaft,

die wissenschaftlich interessanten Gebiete, immer an Klippen sind.

Aber die jetzigen Rover können diese nicht erreichen,

Also, machte ich mich, inspiriert von dem was sie wollten, daran einen Roboter zu bauen,

der Klippen mit Strukturen erklettern kann.

Also, dies ist CLIMBeR.

So funktioniert er: er hat drei Beine. Wahrscheinlich ist es schwer zu erkennen,

aber er hat eine Seilwinde und ein Seil an der Oberseite

und er versucht die beste Stelle für seinen Fuß zu finden.

Wenn er sie gefunden hat

dann errechnet er fast gleichzeitig die Kräfteverteilung,

und wie viel Kraft er auf die Oberfläche übertragen muss

um nicht wegzukippen oder abzurutschen.

Wenn er sicher steht, hebt er ein Bein

und mithilfe der Seilwinde ist es möglich, derartige Oberflächen hinauf zu klettern.

Auch Finden-und-Retten-Missionen.

Vor fünf Jahren arbeitete ich tatsächlich bei NASA JPL,

während eines Sommerpraktikums.

Und dort gab es schon damals einen sechsfüßigen Roboter namens LEMUR.

Also dieser hier basiert tatsächlich darauf. Dieser Roboter heißt MARS,

Multi-Fortsatz Roboter System. Er ist also ein sechsfüßiger Roboter.

Wir haben unseren anpassungsfähigen Gang-Planer entwickelt.

Hier haben wir eine wirklich interessante Ladung.

Die Studenten machen gern Blödsinn. Und hier können sie sehen wie er

über unstrukturiertes Terrain geht.

Er versucht auf grobkörnigem Terrain zu gehen,

einem Sandfeld,

abhängig von der Feuchtigkeit oder der Größe der Sandkörner

verändert sich die das Rechenmodell für das Einsinken.

Daher versucht er seinen Gang anzupassen um derartiges Terrain zu überqueren.

Und er kann auch ein paar lustige Sachen. Wie Sie sich sicher vorstellen können,

haben wir eine Menge Besucher in unserem Labor.

Wenn die Besucher also kommen, geht Mars zum Computer,

beginnt zu schreiben: "Hallo mein Name ist MARS.

Willkommen bei RoMeLa,

dem Roboter Mechanik Labor von Virgina Tech."

Dies Roboter ist ein Amöben-Roboter.

Nun, wir haben nicht genug Zeit um uns mit den technischen Details zu beschäftigen,

Ich will ihnen einfach ein paar der Experimente zeigen.

Dies ist eine frühe Machbarkeitsstudie.

Wir speichern potentielle Energie in der elastischen Hülle und versetzen ihn in Bewegung.

oder wir benutzten ein Seil unter Spannung, um ihn

vorwärts und rückwärts zu bewegen. Er heißt ChIMERA.

Wir haben auch mit ein Wissenschaftlern

und Ingenieuren vom UPenn zussanmmengearbeitet

um eine chemisch gesteuerten Version

dieses Amöben-Roboters zu entwickeln.

Wir vermischen also etwas mit irgendetwas anderem

und wie durch Magie, bewegt er sich, der Tropfen.

Dieser Roboter ist ein sehr neues Projekt. Er heißt RAPHaEL.

Robotische LuftBetriebene Hand mit Elastischen Fortsätzen

Es gibt sehr viele sehr nette, sehr gute Roboterhände auf dem Markt.

Das einzige Problem ist, dass sie zu teuer sind, zehntausende Dollars.

Daher sind sie für die Verwendung als Prothesen nicht all zu praktikabel,

weil sie nicht erschwinglich sind.

Wir wollen dieses Problem auf eine sehr andere Weise angehen.

Anstelle von elektrischen Motoren und elektrischen Bedienteilen

verwenden wir Druckluft.

Wir entwickelten diese neuartigen Steuerelemente für Gelenke.

Sie sind nachgiebig. Man kann tatsächlich die Kraft verändern,

indem man einfach den Luftdruck ändert.

Und er kann tatsächlich eine Getränkedose zerdrücken.

Er kann sehr zerbrechliche Objekte aufheben, wie ein rohes Ei

oder in diesem Fall eine Glühbirne.

Und das Beste ist, es hat nur 200$ gekostet den ersten Prototypen herzustellen.

Dieser Roboter gehört eigentlich einer Roboterart an,

die wir HyDRAS nennen,

Über Grade-von-Freiheit frei-bewegliche Roboter-Schlange.

Dieser Roboter kann Strukturen erklettern.

Dies ist der Arm eines HyDRAS.

Er ist ein Roboterarm mit 12 Freiheitsgraden.

Aber die coole Sache daran ist die Benutzerschnittstelle.

Dieses Kabel dort, besteht aus Glasfaser.

Und diese Studentin, sie verwendet es vermutlich zum ersten Mal,

aber sie kann ihn auf die verschiedensten Weisen bewegen.

Zum Beispiel im Irak, Sie wissen schon, im Kriegsgebiet

gibt es Straßenbomben. Derzeit schickt man ein

ferngesteuertes bewaffnetes Fahrzeug.

Und es kostet viel Zeit und Geld

um den Operator zu lehren diesen komplexen Arm zu bedienen.

In diesem Fall verläuft das sehr intuitiv.

Diese Studentin, die ihn wahrscheinlich zum ersten Mal benutzt, führt sehr komplexe Handgriffe aus,

sie hebt Objekte auf und hantiert mit ihnen

einfach so, sehr intuitiv.

Nun, dieser Roboter ist unser derzeitiger Starroboter.

Es gibt wirklich einen Fanclub für diesen Roboter, DARwin,

Dynamischer Menschenähnlicher Roboter Mit Intelligenz.

Wie Sie wissen interessieren wir uns sehr für

humanoide Roboter, den menschlichen Gang,

daher haben wir beschlossen einen kleinen humanoiden Roboter zu bauen.

Das war 2004, zu dieser Zeit

war das ziemlich revolutionär.

Es war mehr eine Möglichkeitsstudie

welche Art von Motoren sollten wir verwenden?

Ist es tatsächlich möglich?

Dieser hier hat keinerlei Sensoren.

Es läuft nach einer Programmschleife.

Für diejenigen unter ihnen, die wahrscheinlich wissen, wenn man keine Sensoren hat

und es irgendwelche Störungen gibt, Sie wissen ja was passiert.

(Gelächter)

Basierend auf diesem Erfolg, im nächsten Jahr

gingen wir das genaue mechanische Design an

beginnend bei der Bewegungslehre.

Und siehe da DARwin I wurde 2005 geboren.

Er kann aufstehen, er geht, sehr eindrucksvoll.

Aber wie sie sehen können

hängt er noch immer an einer Nabelschnur. Das heißt wir verwenden noch immer eine externe Energiequelle

und externe Recheneinheiten.

Im Jahr 2006 also, war es Zeit wirklich Spaß zu haben.

Verpassen wir ihm Intelligenz. Wir gegen ihm all die Rechenleistung die er braucht,

einen 1.5 Gigahertz Pentium M Chip

zwei Firewire-Kameras, acht Giromotoren, einen Beschleunigungsmesser,

vier Drehmoment-Sensoren auf den Füßen, Lithium-Ionen-Akkus

Und nun war DARwin II vollständig selbstständig.

Er ist nicht ferngesteuert

Es gibt keine Fangleinen. Er sieht sich um sucht den Ball,

schaut sich um, sucht nach dem Ball und er versucht Fußball zu spielen,

unabhängige, künstliche Intelligenz.

Mal sehen wie er sich macht. Dies war unser aller erster Versuch,

und.... Video: Tooooor!

Und es gibt tatsächlich einen Wettbewerb der sich RoboCup nennt.

Ich weiß nicht wie viele von Ihnen schon vom RoboCub gehört haben.

Es handelt sich um ein unabhängiges Roboter Fußballtunier

Und das Ziel des RoboCups, das tatsächliche Ziel ist es,

im Jahr 2050

unabhängige humanoide Roboter in Originalgröße zu haben,

die Fußball gegen die menschlichen Weltmeisterschaftsgewinner spielen

und gewinnen.

Das ist ein wirkliches Ziel. Es ist ein sehr ehrgeiziges Ziel,

aber glauben fest, dass wir es erreichen können.

So, das war letztes Jahr in China.

Wir waren das erste Team aus den Vereinigten Staaten das sich qualifiziert hat

für den Wettbewerb humanoider Roboter.

Dieses Jahr war er in Österreich.

Sie werden nun das tatsächliche Spiel sehen, drei gegen drei,

vollständig unabhängig.

Na bitte. Ja!

Die Roboter finden und spielen,

Teams spielen zusammen.

Es ist sehr eindrucksvoll. Es ist ein echtes Forschungstreffen

verpackt in einem sehr spannenden Wettbewerb.

Was Sie hier sehen können ist wunderschön

den Louis Vuitton Cup Pokal.

Also, der ist für den besten Humanoiden,

und wir wünschen uns ihn als erstes US-Amerikanisches Team zu gewinnen,

nächstes Jahr, also halten sie uns die Daumen.

Danke sehr.

(Applaus)

DARwin hat auch viele andere Talente.

Letztes Jahr dirigierte er tatsächlich das Roanoke Symphonie Orchester

beim Ferienkonzert.

Dies ist die nächste Robotergeneration DARwin IV,

er ist schlauer, schneller und stärker.

und er versucht mit seinen Fähigkeiten anzugeben.

"Ich bin ein Macho, ich bin stark"

Ich kann sogar Jackie Chan nachmachen

Kampfsport-Bewegungen.

(Lachen)

Und er geht davon. Dies ist also DARwin IV,

wiederum ist er in der Lobby zu sehen.

Wir glauben tatsächlich, dass dies der erste laufende

humanoide Roboter in den US sein wird. Also, bleiben sie dran.

In Ordnung, ich habe Ihnen also einige der spannenden Roboter gezeigt an denen wir arbeiten.

Aber was ist das Geheimnis unseres Erfolges?

Wie kommen wir auf all diese Ideen?

Woher nehmen wir all die Ideen?

Wir haben ein vollkommen selbständiges Fahrzeug,

dass in der Stadt fahren kann. Wir gewannen eine halbe Million Dollar

bei der DARPA Urban Calllenge.

Wir haben auch das weltweit erst Fahrzeug,

dass von Blinden gefahren werden kann.

Wir nennen das die Blinder-Fahrer-Herausforderung, sehr spannende Sache

und viele andere Roboterprojekte über die ich sprechen möchte.

Dies sind allein die Preise, die wir im Herbst 2007 gewonnen haben,

bei Roboter Wettbewerben und dererlei.

Also wir haben fünf Geheimnisse.

Erstens, woher haben wir unsere Inspiration

woher bekommen wir diesen Funken der Vorstellungskriaft

Dies ist eine wahre Geschichte, meine eigene Geschichte.

Wenn ich Nachts in Bett gehe, um 3 oder 4 in der Früh,

Lege ich mich nieder und schließe meine Augen und ich sehe diese Linien und Kreise

and andere Formen herum schweben

und diese gliedern sich und formen diese Mechanismen.

und ich denke: "Ah das ist cool."

Also, habe ich gleich neben meinem Bett ein Notizbuch,

ein Tagebuch, mit einem speziellen Stift, der ein LED-Licht hat,

weil ich das Licht, um meine Frau nicht zu wecken, nicht einschalten will.

Also, ich sehe das alles und schreibe alles auf und zeichne Dinge

und dann gehe ich schlafen.

Jeden Morgen,

ist die erste Sache, die ich mache – noch vor meinem ersten Kaffee –

bevor ich mir die Zähne putze, öffne ich mein Notizbuch.

Oft ist es leer,

aber manchmal finde ich etwas das totaler Schwachsinn ist,

aber meistens kann ich nicht einmal meine eigene Handschrift lesen.

Na ja, 4 in der Früh, was kann man schon erwarten, stimmts?

Ich muss also entziffern was ich geschrieben habe.

Aber manchmal sehe ich diese geniale Idee dort

und ich habe diesen "Eureka-Moment"

Ich laufe direkt in meinem Heimbüro, setze mich an meinem Computer,

tippe die Ideen ein und mache Skizzen

und ich habe eine Datenbank voller Ideen.

Wenn uns also jemand fragt ob wir eine Idee zur Lösung eines Problems haben

versuche ich eine Übereinstimmung mit meinen

möglichen Ideen zu finden

und das Problem kann, wenn es eine Übereinstimmung gibt und wir einen Vorschlag einreichen

gefördert werden und so starten wir unsere Projekte.

Aber nur von einem Funken der Vorstellungskraft zu sprechen ist nicht genug.

Wie entwickeln wir diese Ideen weiter?

In unserem Labor RoMeLa, dem Roboter Mechanik Labor,

haben wir diese fantastischen Brainstorming-Sitzungen.

Wir treffen uns also und wir besprechen die Probleme

und die sozialen Probleme und reden darüber.

Aber bevor wir anfangen, setzen wir eine goldene Regel fest

Diese Regel ist:

"Niemand kritisiert eines anderen Ideen.

Niemand kritisiert irgendeine Meinung."

Das ist wichtig, denn oft fürchten sich Studenten

oder sind sich nicht sicher wie andere denken mögen

über ihre Meinungen und Gedanken.

Wenn man das macht ist es unglaublich

wie sehr sich die Studenten öffnen.

Sie haben diese absolut wahnsinnigen, coolen, verrückten brillanten Ideen,

der ganze Raum ist wie unter Spannung mit kreativer Energie.

Und so entwickeln wir unsere Ideen.

Gut, uns geht die Zeit aus und ich will noch über eine andere Sache reden.

Sie wissen, dass das der Funke der Idee und die Entwicklung nicht genug sind.

Da gab es einen großartigen TED-Moment,

ich denke es war Sir Ken Robinson, oder?

Er sprach darüber wie wir Kinder erziehen sollten

und dass Schule Kreativität zerstört.

Nun, es gibt tatsächlich zwei Seiten der Geschichte.

Man kann nicht alles erreichen

nur mit genialen Ideen

und Kreativität und hervorragender Bau-Intuition.

Wenn man über das Basteln hinaus will

und wenn man über das Hobby Roboter hinaus will

und die wirklich großen Herausforderungen der Robotik angehen will

mithilfe genauester Forschung,

brauchen wir mehr als nur das. Das ist wo die Schule ins Spiel kommt.

wenn Batman gegen die Bösewicht kämpft,

dann hat er seinen Ausrüstungsgürtel und seinen Enterhaken

und all diese verschiedenen Ausrüstungsgegenstände.

Für uns Robotiker, Ingenieure und Wissenschaftler,

sind diese Ausrüstungsgegenstände, Lehrgänge und Sparten über die wir in der Schule lernen.

Mathe, differenzieren.

Ich habe lineare Algebra, Naturwissenschaften, Physik,

heutzutage sogar Chemie und Biologie, wie Sie gesehen haben.

Dies sind all die Werkzeuge, die wir brauchen.

Das heißt, je mehr Ausrüstungsgegenstände für Batman man hat

desto effektiver bekämpft Batman die Bösen

für uns sind es mehr Werkzeuge um derartige Probleme anzugehen.

Auf diese Art ist Bildung sehr wichtig

Also geht es nicht nur darum

sonder nur darum, man muss auch sehr sehr hart arbeiten.

Ich sage also immer zu meinen Schülern

arbeitet schlau, dann arbeitet hart.

Dieses Bild im Hintergrund, das wurde um 3 in der Früh gemacht.

Ich garantiere wenn man um 3 oder 4 in der Früh in unser Labor kommt

dann arbeiten dort Studenten,

und das nicht weil ich es ihnen befehle sonder, weil wir zu viel Spaß haben.

Was uns zu unserem letzten Thema führt.

Vergiss nicht Spaß zu haben.

Das ist das tatsächliche Geheimnis unseres Erfolges. Wir haben zu viel Spaß.

Ich glaube fest daran, dass man die höchste Produktivität erreicht wenn man Spaß hat.

Und das ist was wir tun.

Bitte sehr. Vielen Dank.

(Applaus)