Dennis Hong: Mojih sedam vrsta robota

Na TEDxNASA-i, Dennis Hong predstavlja sedam nagrađivanih univerzalnih robota -- poput humanoidnog, DARwIn-a koji igra nogomet i penjača CLIMBeR-a -- koje je konstruirao njegov tim u RoMeLi, na sveučilištu Virginia Tech. Pogledajte do kraja kako bi čuli pet kreativnih tajni tehničkog uspjeha njegovog laboratorija.

Dakle, prvi robot o kojem ću govoriti se zove STriDER.

To je kratica za Samopobuđen

Tronožni Dinamički Eksperimentalni Robot.

To je robot koji ima tri noge,

inspiriran prirodom.

Ali jeste li vidjeli ikada u prirodi

životinju koja ima tri noge ?

Najvjerojatnije ne. Pa zašto ja to zovem

biološki inspiriranim robotom? Kako radi?

Ali prije toga, bacimo pogled na pop kulturu.

Znate za novelu i film H.G. Wellsa Rat svjetova.

I ovo što vidite je jako popularna

video igra.

U fikciji obično opisuju ove strane kreature

kao robote koji imaju tri noge i teroriziraju Zemlju.

Ali moj robot, STriDER se ne miče tako.

I ovo je zapravo animacija dinamičke simulacije.

Sad ću vam pokazati kako robot radi.

Okreće svoje tijelo za 180 stupnjeva.

Njiše svoju nogu između dvije noge kako bi prihvatio pad.

I tako hoda. Ali kada pogledate nas

ljude, dvonožno hodanje,

ono što radite nije stvarno korištenje mišića

kako bi digli svoju nogu i hodali poput robota. Točno?

Ono što zapravo radite je da zamahnete nogom kako bi prihvatili pad,

natrag se digli, zamahnuli nogom i prihvatili pad.

Koristeći ugrađenu dinamiku, fiziku vašeg tijela,

kao njihalo.

Mi to zovemo koncept pasivno dinamičkog kretanja.

Ono što radite, kada ustanete je pretvaranje,

potencijalne energije u kinetičku,

potencijalne energije u kinetičku.

To je konstantan proces padanja.

I tako, makar ništa u prirodi ne izgleda poput ovog,

mi smo zapravo inspirirani biologijom

i primjenjujemo principe hodanja

u ovom robotu, pa je to biološki inspiriran robot.

Ovo što vidite ovdje, je ono što bi željeli napraviti slijedeće.

Mi želimo svinuti noge i rastegnuti ih za veliki domet.

I želimo sklopiti noge, otprilike kako izgleda u Ratovima zvijezda.

Kada se spusti, absorbira šok i počne hodati.

Ovo što vidite ovdje, ova žuta stvar, to nije zraka smrti.

To je samo da pokažemo ako imate kamere

ili različite vrste senzora

zato jer je visok, visok je 1,8 metara,

može vidjeti preko prepreka poput grmlja i slično.

Imamo dva prototipa.

Prva verzija, u pozadini, to je STriDER I.

Ova naprijed, manja, je STriDER II.

Problem koji smo imali sa STriDERom I je

da je imao preteško tijelo. Imamo toliko motora,

znate, za pomicanje zglobova, i slično.

Tako, odlučili smo sintetizirati mehanički mehanizam

kako bi se mogli riješiti svih tih motora, i s jednim motorom

možemo koordinirati sve pokrete.

To je mehaničko riješenje problema, umjesto korištenja mehatronike.

I tako, s ovim sad, tijelo je dosta lagano da može hodati u laboratoriju.

Ovo je bio prvi uspješan korak.

Još nije savršen. Kava mu ispada,

i još imamo mnogo posla.

Drugi robot o kojem želim pričati se zove IMPASS.

To je kratica za Inteligentna Mobilna Platforma sa Sustavom Šipaka.

I to je hibridni robot s kotačima i nogama.

Pomislite na kotač bez okvira,

ili kotač sa šiljcima.

Ali se šiljci zasebno miču unutra i van.

I tako, to je hibrid s kotačima i nogama.

Doslovno smo ovdje ponovno izmislili kotač.

Da vam demonstriram kako radi.

Dakle, u ovom videu koristimo pristup

kojeg zovemo reaktivni pristup.

Samo jednostavno koristimo osjetilne senzore na nogama,

pokušava hodati preko promjenjivog terena,

mekog terena koji se savija i mijenja.

I uz pomoć osjetilnih informacija

uspješno prelazi preko ovih vrsta terena.

Ali kada naleti na vrlo ekstreman teren,

u ovom slučaju, ova prepreka je više od tri puta

visine samog robota,

tada se prebaci u slobodan mod

gdje koristi laserski tragač,

i sustav kamera kako bi identificirao prepreku i veličinu,

i planira, pažljivo planira kretanje šiljaka,

i kordinira ih tako da može pokazati

ovu vrlo vrlo impresivnu pokretljivost.

Sigurno niste vidjeli ništa poput ovoga.

Ovo je vrlo visoko mobilan robot

kojeg smo razvili, i zove se IMPASS.

Ah! Nije li to kul?

Kada vozite svoj auto,

kada upravljate autom, koristite metodu

zvanu Ackermannovo upravljanje.

Prednji kotači se ovako rotiraju.

Za većinu robota s malim kotačima

koriste metodu zvanu diferencijalno upravljanje

gdje se lijevi i desni kotač okreću u suprotne smjerove.

Za IMPASS možemo napraviti mnogo različitih tipova kretanja.

Na primjer, u ovom slučaju, čak iako su lijevi i desni kotač povezani

s jednom osovinom, rotiranje s istim kutom brzine.

Samo jednostavno produžimo duljinu šiljka.

Utječe na promjer, i tada okreće lijevo, okreće desno.

I, to su samo neki primjeri zgodnih stvari

koje možemo raditi s IMPASS-om.

Ovaj robot se zove CLIMBeR,

Inteligentan robot s udovima povezan kabelom.

I tako, razgovarao sam s dosta NASA JPL znanstvenicima,

u JPL-u su poznati po Mars roverima.

I znanstvenici, geolozi mi uvijek govore

da je prava zanimljiva znanost,

da su znanstveno značajna nalazišta uvijek na uzvisinama.

Ali trenutni roveri ne mogu doći do tamo.

Inspirirani time željeli smo napraviti robota

koji se može penjati po strukturiranom brdovitom okolišu.

I tako, to je CLIMBeR.

Ono što radi, ima tri noge. Teško je za vidjeti,

ali je povezan kabelom na vrhu.

I pokušava razaznati koje je najbolje mjesto da stavi svoju nogu.

I kada jednom to shvati

u stvarnom vremenu izračuna distribuciju sila.

Koliko je sile potrebno da se digne s površine

a da se ne posklizne i ne pade.

Jednom kad stabilizira to da diže nogu,

i tada se uz pomoć klatna može popesti po takvim stvarima.

Također za primjenu kod potraga i spašavanja.

Prije pet godina sam zapravo i radio za NASA JPL

preko ljeta kao stažist.

I oni su već imali šestero nožnog robota pod imenom LEMUR.

I, ovo je zapravo bazirano na tome. Ovaj robot se zove MARS,

Robotski sustav sa više udova. To je zapravo šestero nožni robot.

Razvili smo naš planer adaptacije.

I zapravo imamo vrlo zanimljiv teret ovdje.

Studenti se vole zabavljati. I ovdje možete vidjeti da

hoda preko nestrukturiranog terena.

Pokušava hodati po neravnom terenu,

pješćanom području,

ali ovisno o vlagi i veličini zrna pjeska

model propadanja noga se mijenja.

I, tako se pokušava prilagoditi da uspješno prođe preko takvih stvari.

I također, radi neke zabavne stvari, kao što možete zamisliti.

Dolaze nam mnogi posjetitelji u naš labaratorij.

I kada posjetitelji dođu, MARS hoda do računala,

i počne tipkati "Zdravo, moje ime je MARS"

Dobrodošli u RoMeLu,

Laboratorij robotskih mehanizama na sveučilištu Virgina Tech.

Ovaj robot je ameba robot.

Sada, nemamo dosta vremena za ulaženje u tehničke detalje,

pokazati ću vam samo neke od eksperimenata.

I tako, ovo su neki od ranih izvedivih eksperimenata.

Spremamo potencijalnu energiju u elastičnu kožu kako bi se pomicala.

Ili koristimo aktivne napete žice kako bi ih pomicali

naprijed i natrag. Zove se ChIMERA.

Također smo radili s nekim znanstvenicima

i inžinjerima iz UPenna

kako bi došli do kemijski usavršene verzije

ovog ameba robota.

Pretvaramo nešto u nešto.

I to je poput magije, kreće se. Grudica.

Ovaj robot je vrlo nedavni projekt. Zove se RAPHaEL.

Robotska zračno pogonjena ruka s elastičnim ligamentima.

Postoji mnogo zgodnih, vrlo dobrih robotskih ruka na tržištu.

Problem je u tome da su previše skupe, u desecima tisućama dolara.

Tako da primjena za prostetiku nije previše praktična,

zato jer nije dostupna.

Željeli smo se primiti tog problema sa sasvim drugačijeg smjera.

Umjesto korištenja električnih motora, elektromehaničkih pokretača,

koristimo komprimirani zrak.

Uveli smo ove novitetne pokretače za zglobove.

Usuglašen je. Možete zapravo mijenjati silu,

jednostavno samo promjenom tlaka zraka.

I zapravo može smrskati praznu limenku od soka.

Može podići vrlo delikatne objekte poput sirovog jaja,

ili u ovom slučaju, sijalice.

Najbolja stvar je da je koštalo samo oko 200 dolara da se izradi prvi prototip.

Ovaj robot je zapravo pripadnik obitelji zmijolikih robota

koje zovemo HyDRAS,

Robotski artikulirani gmaz s više stupnjeva slobode.

Ovo je robot koji se može penjati po strukturama.

Ovo je ruka HyDRAS-e.

To je robotska ruka s 12 stupnjeva slobode.

Ali cool dio je korisničko sučelje.

Ovaj kabel, to je optičko vlakno.

I ova studentica, koja ga najvjerojatnije koristi prvi put,

može upravljati u mnogo različitih smjerova.

I, na primjer u Iraku, znate, u ratnoj zoni,

postoje bombe kraj ceste. Trenutno šaljemo ovo

opremljeno daljinski upravljano vozilo.

Treba mnogo vremena i skupo je

naučiti operatera da upravlja ovom kompleksnom rukom.

U ovom slučaju sučelje je vrlo intuitivno.

Ovaj student, koji ga najvjerojatnije prvi put koristi, radi vrlo kompleksne manipulacije,

podiže predmete, i manipulira,

samo tako, vrlo intuitivno.

I sada, ovaj robot je naša zvijezda.

Zapravo imamo klub obožavatelja robota pod imenom DARwIn,

Dinamčki Antropomorfički Robot s Inteligencijom.

I kako dobro znate mi smo zainteresirani za

humanoidne robote, ljudski hod,

i tako smo odlučili izgraditi malog humanoidnog robota.

To je bilo 2004., u to vrijeme

to je bilo nešto stvarno, stvarno revolucionarno.

To je bila više studija izvedivosti,

koje motore da koristimo?

Je li uopće moguće? Kakve kontrole bi trebali napraviti?

I, ovo nema nikakvih senzora.

U otvorenoj kontroli petlje je.

I za one koji najvjerojatnije znaju, ako nemate nikakvih senzora

i postoji smetnja, znate što se dešava.

(smijeh)

I, tako temeljeno na tom uspjehu, slijedeće godine

smo napravili pravi mehanički dizajn

počevši od kinetike.

I tako, DARwIn je bio rođen 2005.

Ustaje. Hoda, vrlo impresivno.

Ipak, još, kao što možete vidjeti,

ima žicu, pupčanu vrpcu. I, mi još koristimo vanjski izvor napajanja,

i vanjske proračune.

I, 2006., sad je stvarno vrijeme za zabavu.

Dajmo mu inteligenciju. Dajemo mu računalnu snagu koju treba,

1,5 gigahercni Pentium M čip,

dvije Firewire kamere, osam žiroskopa, akcelerometar,

četiri senzora pritiska na nogama, litijske baterije.

I sada DARwIn II je u potpunosti autonoman.

Daljinski je upravljan.

Nije povezan. Gleda okolo, traži loptu,

gleda okolo, traži loptu, i pokušava odigrati partiju nogometa,

autonomno, umjetna inteligencija.

Da vidimo kako to radi. Ovo je naš prvi pokušaj,

i... Video: Gol!

I, tako zapravo postoji natjecanje pod imenom RoboCup.

Znam da su mnogi od vas čuli za RoboCup.

To je internacionalno nogomentno natjecanje autonomnih robota.

I cilj RoboCupa, pravi cilj je,

do 2050. godine

želimo imati autuonomnog humanoidnog robota prave veličine

koji bi igrao protiv ljudskih prvaka Svjetskog prvenstva

i pobjedio.

To je stvarni cilj. To je vrlo ambiciozan cilj,

ali stvarno vjerujemo da to možemo napraviti.

I tako, ovo je prošle godine u Kini.

Bili smo prvi tim iz Sjedinjenih država koji se kvalificirao

u natjecanju humanoidnih robota.

Ove godine, ovo je bilo u Austriji.

Vidjet ćete akcije, tri protiv tri,

u potpunosti autonomni.

Evo vidite. Da!

Roboti prate i igraju,

tim međusobno dodaje.

To je vrlo impresivno. To je stvarno istraživački događaj

upakiran u uzbudljiv natjecateljski događaj.

Ovo što vidite ovdje, ovo je prekrasan

trofej Kupa Louisa Vuittona.

I, ovo je za najboljeg humanoida,

i voljeli bi ovo dovesti po prvi put u Sjedinjene države,

slijedeće godine, zaželite nam sreću.

Hvala vam.

(Pljesak)

DARwIn također ima i mnogo drugih talenata.

Prošle godine je zapravo dirigirao Roanoke simfonijskim orkestrom

za blagdanski koncert.

Ovo je robot nove generacije, DARwIn IV,

ali pametniji, brži, jači.

I pokušava pokazati svoje sposobnosti.

"Ja sam mačo, ja sam jak."

Može raditi i neke pokrete u stilu Jackie Chanovih

borilačkih pokreta.

(Smijeh)

I odlazi. Dakle, ovo je DARwIn IV,

opet, možete ga vidjeti u predvorju.

Mi stvarno vjerujemo da će ovo biti prvo natjecanje,

humanoidnih robota u Sjedinjenim državama. Pratite nas.

Dobro, pokazao sam vam nekoliko naših uzbudljivih robota na djelu.

Dakle, što je tajna našeg uspjeha?

Kako dolazimo do takvih ideja?

Kako razvijamo takve ideje?

Imamo u potpunosti autonomno vozilo

koje se može voziti u urbanom okruženju. Osvojili smo pola milijuna dolara

u DARPA-inom Urbanom Izazovu.

Mi također imamo prvo svjetsko vozilo

koje mogu voziti slijepi.

Zovemo ih izazov za slijepe vozače, vrlo uzbudljivo,

i mnogo drugih projekata robotike o kojima vam želim pričati.

Ovo su samo nagrade koje smo osvojili na jesen 2007. godine

na robotskim natjecanjima i sličnim događajima.

I, mi stvarno imamo pet tajni.

Prvo je gdje dobivamo inspiraciju,

gdje dobivamo tu iskru imaginacije?

Ovo je istinita priča, moja osobna priča.

Kada idem u krevet, 3 ili 4 ujutro,

legnem, zatvorim oči, i onda vidim ove linije i kružnice

i različite oblike koji lete okolo,

i onda se spoje i formiraju ovakve mehanizme.

I onda pomislim, "Ah, ovo je kul."

I, pokraj kreveta držim notes,

dnevnik, sa specijalnom olovkom koja ima svijetlo na sebi, LED svijetlo,

zato jer ne želim paliti svjetlo i probuditi ženu.

Tako, vidite ovo, zapišem sve, nacrtam stvari,

i odem u krevet.

Svaki dan ujutro,

prva stvar koju napravim prije prve šalice kave,

prije nego što operem zube, otvorim svoj notes.

Mnogo puta je prazan,

nekad imam nešto što je smeće,

ali većinu vremena ne mogu niti čitati svoj rukopis.

Ipak, 4 ujutro, što možete očekivati?

Dakle, trebam dešifrirati što sam napisao.

Ali ponekad vidim odličnu ideju,

i imam taj eureka trenutak.

Direktno otrčim do svog ureda u kući, sjedem za računalo,

utipkam ideje, skiciram stvari,

i sačuvam bazu ideja.

I tako, dok imamo pozive za zahtjeve

pokušavam naći poveznicu između mojih

potencijalnih ideja

i problema, ako postoji veza, pišemo istraživački zahtjev,

tražimo finaciranje istraživanja, i tako započinjemo naše istraživačke programe.

Ali samo iskra imaginacije nije dovoljna.

Kako razvijamo takve ideje?

U našem laboratoriju RoMeLa, laboratoriju robotskih mehanizama,

imamo fantastične seanse brainstorminga.

Dakle, svi se okupimo, i diskutiramo o problemima

i socijalnim problemima i pričamo o tome.

Ali prije nego što počnemo postavimo ovo zlatno pravilo.

Pravilo je:

Nitko ne kritizira ničiju ideju.

Nitko ne kritizira ničije mišljenje.

To je važno, jer se mnogo puta, studenti, oni se boje

ili se osjećaju nelagodno u vezi onoga što bi drugi mislili

o njihovim stavovima i mislima.

I, jednom dok se to napravi, nevjerojatno je

kako se studenti otvore.

Imaju lude kul brilijantne ideje,

cijela soba je jednostavno elektrificirana s kreativnom energijom.

I to je način na koji razvijamo svoje ideje.

Dobro, vrijeme nam prolazi, samo još jedna stvar o kojoj vam želim govoriti je

znate, samo iskra ideje i razvoja nije dovoljna.

To je bio odličan TED trenutak,

mislim da je to bio Sir Ken Robinson, zar ne?

On je govorio kako obrazovanje

i škola ubijaju kreativnost.

Zapravo, tu su dvije strane priče.

Dakle, ograničeno je ono što jedna osoba može napraviti

s odličnom idejom

i kreativnošću i dobrom inžinjerskom intuicijom.

Ako želite ići dalje od razmišljanja,

ako želite ići dalje od hobija robotike

i stvarno se suočiti s velikim izazovima robotike

kroz rigorozno istraživanje

mi trebamo više od toga. To je gdje škole dolaze.

Batman, kad se bori protiv zločinaca,

ima svoj remen sa stvarima, ima kuku za primanje,

i različite vrste gadgeta.

Za nas, robotičare, inžinjere i znanstvenike,

ti alati, to su sve tečajevi i predavanja koja se uče u razredu.

Matematika, diferencijalne jednadžbe.

Imamo linearnu algebru, znanost, fiziku,

i danas, kemiju i biologiju, kao što ste vidjeli.

To su sve alati koje trebamo.

Tako, što više alata imate, za Batmana

je efikasnija borba protiv zločina,

za nas, više alata za napad na velike probleme.

I tako, obrazovanje je vrlo važno.

Također, nije o tome,

nije samo o tome, važno je vrlo vrlo mnogo raditi.

I, uvijek govorim svojim studentima,

radite pametno, a onda radite teško.

Ova slika u pozadini je u 3 ujutro.

Garantiram ako dođete u laboratorij u 3, 4 ujutro

tamo će biti studenti koji će raditi,

ne zato jer im tako velim, nego zato jer se vrlo dobro zabavljaju.

I to vodi do posljednje teme.

Ne zaboravite se zabavljati.

To je stvarno tajna našeg uspjeha. Previše nam je zabavno.

Stvarno vjerujem da najveća produktivnost dolazi kada se zabavljate.

I to je ono što radimo.

Evo. Puno vam hvala.

(Pljesak)