-
Title:
Dennis Hong: Az én hétféle robotom
-
Description:
A TEDxNASA-nál Dennis Hong bemutat hét díjnyertes, sokéltű robotot -- mint például a humanoid, futballozó DARwin-t, a hegymászó CLIMBeR-t -- melyeket csapatával a RoMeLa-nál (Virginia Tech) épített. A történet végén megtudhatjuk tőle laborja hihetetlen technikai sikereinek öt kreatív titkát.
-
Nos tehát, az első robot, amiről szó lesz, a STriDER.
-
Ez azt jelenti, hogy Öngerjesztésű,
-
Háromlábú, Dinamikus Kísérleti Robot.
-
Ez egy olyan robot, aminek három lába van,
-
aminek ötletét a természetből vettük.
-
De láttak már önök egyetlen állatot is,
-
aminek három lába lenne?
-
Valószínűleg nem. Akkor hát miért mondom, hogy
-
ez egy biológiai ötletre épülő robot? Hogyan működik?
-
Előtte azonban vessünk egy pillantást a popkultúrára!
-
Mindannyian ismerik Wells Világok háborúja című művét és a belőle készült filmet.
-
Amit itt látnak, az egy nagyon népszerű
-
videójáték.
-
A fantázia leírása szerint ezek az idegen teremtmények
-
háromlábú robotok, melyek megtámadják a Földet.
-
Az én robotom, a STriDER azonban nem így mozog.
-
Ez itt egy valódi dinamikus szimulációra épülő animáció.
¶
-
Most megmutatom önöknek, hogyan működik a robot.
-
180 fokkal átbillenti a testét.
-
Egyik lábát átlendíti a másik kettő között, hogy ne essen el.
-
Tehát így sétál. Amikor azonban magunkat,
-
emberi lényeket figyeljük meg, két lábon járás közben,
-
látjuk, hogy valójában nem igazán használunk egy izmot sem
-
a lábunk felemeléséhez, hogy úgy járjunk, mint egy robot. Így van?
-
Valójában annyit teszünk, hogy lendítjük a lábunkat, és kivédjük az esést,
-
felállunk, lendítjük a lábunkat és kivédjük az esést.
-
Használjunk a beépített dinamikánkat, testünk fizikáját,
-
akárcsak egy ingát.
-
Ezt a koncepciót passzív dinamikus mozgásnak hívjuk.
-
Annyit teszünk mindössze amikor állunk, hogy
-
helyzeti energiát mozgási energiává alakítunk,
-
helyzeti energiát mozgási energiává alakítunk.
-
Ez egy állandó esések sorozata.
-
És, bár semmi hasonló nem létezik a természetben,
-
bennünket mégis a biológia inspirált
-
és adta az alapelvét e robot
-
mozgásának, tehát ez egy biológiai elvre épülő robot.
-
Amit itt látnak, az a következő, amit meg akarunk valósítani.
¶
-
Össze akajuk hajtogatni a lábakat, hogy aztán kilőhessük őket a hosszabb hatótáv érdekében.
-
Ez itt lerakja a lábait, akárcsak a Star Wars-ban.
-
Földet éréskor elnyeli az ütközést, és járni kezd.
-
Amit itt látnak, ez a sárga dolog, ez nem egy halálos sugár.
-
Ez csak azt akarja mutatni, hogy ha van egy kameránk,
-
ami különböző féle érzékelőkből áll,
-
mivel ez magas, 1,8 m magas,
-
akkor átláthatunk a bokrok és más efféle akadályok fölött.
-
Két prototípusunk van tehát.
¶
-
Ez az első változat itt hátul a STriDER I.
-
Ez a kisebb itt elöl a STriDER II.
-
A STriDER I-gyel az a probléma, hogy
-
a teste túlságosan nehéz volt. Olyan sok motorra volt szükség
-
például az ízületek és más effélék összehangolásához.
-
Ezért úgy döntöttünk, hogy összeállítunk egy mechanikai rendszert,
-
hogy megszabadulhassunk a motoroktól, és mindössze egyetlen motorral
-
képesek legyünk minden mozgást koordinálni.
-
Ez a probléma mechanikai megoldása, a mechatronikai megoldás helyett.
-
Így a felső test már elég könnyű ahhoz, hogy a laborban járni tudjon.
-
Ez volt a legelső sikeres lépés.
-
Ez persze még messze van a tökéletestől. Még kiborítaná a kávéját,
-
úgyhogy még rengeteg a tennivalónk.
-
A második robot, amiről beszélni szeretnék, az IMPASS.
¶
-
Jelentése: Küllőrendszer-hajtású Intelligens Mobil Platform.
-
Ez tehát egy keréklábú hibrid robot.
-
Képzeljünk el egy abroncs nélküli,
-
vagy csak küllőkből álló kereket.
-
A küllők azonban egyedileg mozoghatnak a kerékagyban ki-be.
-
Ez tehát egy keréklábú hibrid.
-
Itt szó szerint újra feltaláltuk a kereket.
-
Hadd mutassam meg, hogyan működik.
-
Ezen a videón egy olyan megközelítést használunk,
-
amit úgy hívunk, hogy reaktív megközelítés.
-
Egyszerűen a lábain lévő tapintó szenzorokat használva,
-
próbál egy változó terepen haladni,
-
puha terepen kinyújtja őket, és vált.
-
És pusztán a tapintási információ alapján,
-
sikeresen halad végig ilyen terepeken.
-
Amikor azonban extrém terepre ér,
¶
-
ebben az esetben például az akadály több mint háromszorosa
-
a robot magasságának.
-
Ekkor átkapcsol előrelátó módba,
-
amikor is egy lézeres keresőt
-
és egy kamerás rendszert használ az akadályok és méretük meghatározására
-
és megtervezi, alaposan megtervezi a küllők mozgását,
-
és úgy koordinálja, hogy az eredmény
-
ez a fajta, nagyon impresszív mobilitás legyen.
-
Önök még valószínűleg nem láttak ilyet.
-
Ez egy nagyon magas mobilitású robot,
-
amit kifejlesztettünk, a neve IMPASS.
-
Ó! Hát nem klassz?
-
-
amikor kormányozunk, az úgy nevezett
-
Ackermann kormányzási módszert használjuk.
-
A két első kereket forgatjuk, valahogy így.
-
A legtöbb ilyen kis kerekű robotnál viszont
-
a differenciál-kormányzás módszerét használják,
-
ahol a bal és a jobb kerék ellenkező irányba forog.
-
Az IMPASS-nál sok-sok különböző mozgásformát tudunk létrehozni.
-
Például ebben az esetben, annak ellenére, hogy a bal és jobb kereket
-
egyetlen tengely köti össze, és azonos szögsebességgel forognak.
-
Egyszerűen megváltoztatjuk a küllő hosszát.
-
Ettől változik az átmérő, amitől aztán balra és jobbra fordul.
-
És ez csak néhány példa azokra a finom dolgokra,
-
amikre az IMPASS képes.
-
Ezt a robotot CLIMBeR-nek hívják.
¶
-
Kábel-felfüggesztéses Lábakon járó, Intelligens Alkalmazkodó Robot.
-
Számos tudóssal beszéltem, akik a NASA JPL-nél dolgoznak,
-
a JPL-nél, ami híres Mars-járó rovereiről.
-
És a tudósok, geológusok mindig azt mondják nekem,
-
hogy az igazán érdekes tudomány,
-
a tudomány számára érdekes helyek mindig a szikláknál vannak.
-
A mai roverek azonban nem tudnak oda jutni.
-
Ez adta az ötletet egy olyan robot építéséhez,
-
ami képes átmászni egy tagolt, sziklás terepen.
-
-
Van három lába. Valószínűleg nehezen látható,
-
de van egy csörlője és egy kábel a felső részén.
-
Igyekszik megkeresni a legjobb helyet, ahol megvetheti a lábát.
-
Aztán miután ezt megtalálta,
-
valós időben kiszámítja az erőeloszlást.
-
Hogy mekkora erőt kell kifejtenie a felületre,
-
hogy ne billenjen és ne is csússzon meg.
-
Mikor stabilizálta magát, felemeli egyik lábát,
-
aztán a csörlő segítségével fel tud mászni ilyen dolgokra.
-
Kutatási és mentési feladatokra is jól alkalmazható.
-
Öt évvel ezelőtt én magami is dolgoztam a NASA JPL-nél,
¶
-
nyári gyakorlaton.
-
Nekik akkor már volt egy LEMUR nevű, hatlábú robotjuk.
-
Ez itt valójában annak alapján épült. A neve MARS,
-
mint Többszörös Felfüggesztésű Robotrendszer. Ez tehát egy hatlábú robot.
-
Kifejlesztettük a saját adaptív járástervezőnket.
-
Egy igazán nagyon érdekes terhet cipel.
-
A hallgatók szeretnek viccelődni. Itt jól látható, amint
-
egy strukturálatlan terepen keresztül sétál.
-
Megpróbál a durva felületen járni,
-
homokos felületen,
-
de a homok nedvességtartalmától és szemcseméretétől függően,
-
a lábak talajba süppedési modellje változik.
-
Így hát igyekszik járását úgy adaptálni, hogy sikeresen vegye ezeket az akadályokat.
-
És egyúttal valami vicceset is csinál.
-
Nagyon sok látogatót fogadunk laboratóriumunkban.
-
Amikor a látogatók érkeznek, MARS odamegy a számítógéphez,
-
és elkezdi írni "Helló, a nevem MARS."
-
Isten hozta önöket a RoMeLa-ban,
-
a Virginia Tech Robotmechanikai Laboratóriumában.
-
Ez itt egy amőba-robot.
¶
-
Most nincs idő a technikai részletekre,
-
így csak néhány kísérletet fogok megmutatni.
-
Néhányat a korai megvalósíthatósági kísérletek közül.
-
A mozgáshoz szükséges potenciális energiát a rugalmas bőrben tároljuk.
-
Vagy pedig aktív rugalmas húrokat használunk az
-
előre-hátra mozgáshoz. A neve ChIMERA.
-
Dolgozik velünk néhány tudós
-
és mérnök a UPenn-től is,
-
hogy kifejlesszük ennek az amőba-robotnak
-
egy kémiai úton meghajtott változatát.
-
Csinálunk valamiből valamit.
-
És csodák csodája, mozog. A folt.
-
Ez itt az egyik legújabb projektünk. A neve RAPHaEL.
¶
-
Elasztikus Ízületű Levegőhajtású Robotkéz.
-
Jelenleg egy csomó, kiváló, jó minőségű robotkéz van a piacon.
-
A gond csak az, hogy nagyon drágák, több tízezer dollárba kerülnek.
-
Ezért protézisként valószínűleg nem túl praktikusak,
-
mert csak kevesek számára megfizethetők.
-
Mi a problémát egy teljesen új irányból akartuk megközelíteni.
-
Elektromos motorok és elektromechanikus szerkezetek helyett,
-
sűrített levegőt használunk.
-
Kifejlesztettük ezeket az új fajta ízületi elemeket.
-
Könnyedén kezelhető. Az erőhatás módosítható
-
a levegő nyomásának egyszerű változtatásával.
-
Így akár egy üres üdítős palackot is képes összenyomni.
-
De akár egy törékeny nyers tojás megfogására,
-
vagy, mint ebben az esetben, egy lámpaizzó megtartására is képes.
-
És ami a legjobb benne, az első prototípus elkészítése mindössze 200 dollárba került.
-
Ez a robot a kígyórobotok családjába tartozik,
¶
-
amit HyDRAS-nak hívunk,
-
Hipermagas Szabadságfokú Robotkígyó
-
Ez egy olyan robot, ami képes különböző struktúrákra felmászni.
-
Ez egy HyDRAS karja.
-
Ez egy 12 szabadsági fokú robotkar.
-
De a legizgalmasabb része a felhasználói felület.
-
Az a kábel ott egy optikai szál.
-
Ez a diák pedig, aki valószínűleg életében először használja,
-
képes különféle módon mozgatni.
-
Például, mint tudják, az iraki háborús zónában
-
gyakoriak az út menti bombák. Ezekre a helyekre jelenleg
-
távirányítású, karral rendelkező járműveket küldenek.
-
Rendkívül időigényes és költséges
-
kiképezni a kezelőket ennek a bonyolult karnak a használatára.
-
Esetünkben viszont ez igazán egyszerű.
-
A hallgató, aki ezt valószínűleg először használja, egy nagyon összetett manipulációs feladatot végez,
-
tárgyakat véve fel, és velük műveleteket végezve,
-
így, rendkívül intuitív módon.
-
Ez most az aktuális sztár-robotunk.
¶
-
A DARwIn robotnak valódi rajongói klubja van.
-
Dinamikus Emberformájú Intelligens Robot.
-
Mint tudják, nagyon foglalkoztat bennünket
-
a humanoid robot, az emberi járás,
-
ezért úgy döntöttünk, hogy építünk egy emberforma robotot.
-
Ez 2004-ben történt, és ez akkoriban
-
valami nagyon-nagyon forradalmi dolognak számított.
-
Ez leginkább egy megvalósíthatósági tanulmány volt,
-
milyen motorokat használjunk?
-
Lehetséges ez egyáltalán? Milyen legyen a vezérlése?
-
Így hát nincs benne egyetlen érzékelő sem.
-
Open-loop (nyitott körű) vezérlésre épül.
-
Azoknak mondom, akik valószínűleg tudják, mi történik,
-
ha nincs egyetlen érzékelőnk sem, és valami zavaró körülmény lép fel.
-
(Nevetés)
-
Így hát erre a sikerre építve, a következő évben
¶
-
elvégeztük az alapos mechanikai tervezési munkát,
-
a mozgástannal kezdve.
-
És végül DARwIn I. 2005-ben megszületett.
-
Képes felállni, Sétál. Nagyon látványos.
-
Azonban, ahogy láthatják,
-
a köldökzsinórja még megvan. Mivel még külső áramforrás,
-
és külső számítógép működteti.
-
Most pedig, 2006-ban itt az idő a mulatságra.
¶
-
Adjunk neki intelligenciát! Adjunk meg neki minden számítási képességet, amire csak szüksége van.
-
1.5 gigahertz Pentium M chip,
-
két Firewire kamera, nyolc giroszkóp, gyorsulásmérő,
-
négy nyomatékszenzor a lábon, lítium-akkumulátorok.
-
És most már DARwIn II tökéletesen önálló.
-
Már nem távirányítású.
-
Nincs szükség pórázra. Körülnéz, keresi a labdát,
-
körülnéz, keresi a labdát, és megpróbál focizni,
-
önállóan, mesterséges intelligencia.
-
Lássuk, hogyan csinálja! Ez volt a legelső kísérletünk.
-
és... Videó: Gól!
-
Ez tehát egy valódi verseny, a neve RoboCup.
¶
-
Nem tudom, hányan hallottak már a RoboCup-ról.
-
Ez az autonóm robotok nemzetközi futballbajnoksága.
-
A RoboCup valódi célja pedig,
-
a 2050-es évre
-
elérni, hogy emberi méretű, autonóm humanoid robotok
-
játsszanak mérkőzést az emberek világbajnok csapata ellen,
-
és győzzenek.
-
Ez egy valódi, igazi cél. Egy nagyon ambiciózus cél,
-
de hiszük benne, hogy képesek vagyunk elérni.
-
Ez itt tavaly történt Kínában.
¶
-
Mi voltunk az első amerikai csapat, amelyik bejutott
-
a humanoid robotok versenyére.
-
Ez az idei esemény, a helyszín Ausztria.
-
Mindjárt látják az akciót, három a három ellen,
-
teljesen önállóan.
-
És már itt is van. Igen!
-
A robotok mozognak és játszanak.
-
csapatjátékot játszanak egymással.
-
Lenyűgöző. Ez egy kutatási esemény,
-
egy sokkal izgalmasabb sporteseménybe csomagolva.
-
Amit itt látnak, az a csodálatos
-
Louis Vuitton Kupa.
-
A legjobb humanoidok számára szervezik,
-
és mi első alkalommal el szeretnénk hozni az Egyesült Államokba
-
jövőre, úgyhogy kívánjanak nekünk szerencsét.
-
Köszönöm.
-
(Taps)
-
DARwIn számos egyéb dologban is tehetséges.
¶
-
A múlt évben például a Roanoke szimfónikus zenekart vezényelte
-
egy ünnepi koncerten.
-
Ez itt a következő generációs robot, a DARwIn IV,
-
aki kisebb, gyorsabb, erősebb.
-
És éppen a képességeit igyekszik demonstrálni.
-
"Macho vagyok! Erős vagyok!"
-
Tudok néhány Jackie Chan-féle
-
küzdésformát is.
-
(Nevetés)
-
És most elmegy. Ez volt tehát DARwIn IV,
-
aki, ismétlem, megtekinthető az előcsarnokban.
-
Igazán hisszük, hogy ez lesz az első futó
-
humanoid robot az Államokban. Úgyhogy maradjanak velünk!
-
Nos hát, bemutattam önöknek néhány izgalmas robotunkat munka közben.
¶
-
Mi tehát a sikerünk titka?
-
Honnan jönnek ezek az ötletek?
-
Hogyan dolgozzuk ki ezeket az ötleteket?
-
Van egy teljesen önjáró járművünk,
-
ami képes városi környezetben közlekedni. Félmillió dollárt nyertünk vele
-
a DARPA Városi Viadalon.
-
Miénk a világ első járműve,
-
amit vakok is vezethetnek.
-
A "vak sofőr próba" nevet adtuk neki, nagyon izgalmas,
-
és van még egy csomó robotikai projekt, amiről beszélni akarok.
-
Itt vannak például a díjak, amiket 2007 őszén nyertünk
-
különböző robotikai és egyéb versenyeken.
-
Valójában van öt titkunk.
¶
-
Az első, hogy honnan származik az inspiráció,
-
honnan jönnek az isteni szikrák?
-
Ez egy valós történet, az én személyes történetem
-
Éjszakánként, amikor lefekszem, hajnali 3 és 4 között,
-
lecsukom a szememet, ezeket a vonalakat, köröket,
-
és különböző formákat látok magam körül lebegni,
-
amelyek összekapcsolódnak és ilyen mechanizmusokat alkotnak.
-
Azt gondolom: "Ez fantasztikus."
-
Az ágyam mellett mindig van egy jegyzetfüzet,
-
egy napló, egy speciális tollal, amin van egy LED-es lámpa,
-
mer nem akarom felkapcsolni a villanyt és felébreszteni a feleségemet.
-
Ezt, amit látok, azonnal leskiccelem, lerajzolom a dolgokat,
¶
-
aztán elalszom.
-
Minden reggel
-
az első dolog, ami megelőzi az első csésze kávét,
-
és a fogmosást, hogy kinyitom a füzetet.
-
Elég gyakran üres,
-
sokszor összevisszaságok vannak benne,
-
de legtöbbször el sem tudom olvasni a saját kézírásomat.
-
De hát hajnali négykor mit várhat az ember magától?
-
Így aztán dekódolnom kell az írást.
-
Néha azonban zseniális ötleteket találok benne,
-
és Heuréka-érzésem van.
-
Azonnal a dolgozószobába rohanok, leülök a számítógép elé,
-
begépelem az ötleteket, felvázolom a dolgokat,
-
és egy adatbázisban gyűjtöm őket.
-
Amikor pedig megkapjuk ezeket a pályázati felhívásokat,
-
próbálom összevetni
-
a potenciális ötleteket
-
és a problémát, aztán ha sikerül párokat találni, akkor írunk egy kutatási pályázatot,
-
szerzünk hozzá anyagi támogatást, aztán kezdődhet a kutatási program.
-
A képzelet egy szikrája azonban önmagában nem elegendő.
¶
-
Hogyan történik az ötletek kidolgozása?
-
Nálunk, a RoMeLa-nál, a Robotmechanizmusok Laboratóriumában,
-
fantasztikus brainstorming megbeszéléseket tartunk.
-
Összeülünk, beszélgetünk problémákról,
-
és társadalmi problémákról.
-
Mielőtt elkezdenénk azonban, rögzítjük ezt az aranyszabályt.
-
A szabály:
-
Senki nem kritizálja mások ötleteit.
-
Senki nem kritizál egyetlen véleményt sem.
-
Ez nagyon fontos, mert a hallgatók gyakran félnek,
-
vagy feszélyezettek amiatt, hogy vajon mit gondolnak a többiek
-
az ő véleményükről és gondolataikról.
-
Ha viszont így csináljuk, akkor csodálatos,
¶
-
ahogy a hallgatók megnyílnak.
-
Őrülten eszement és brilliáns ötleteik vannak,
-
az egész szoba szinte vibrál a kreatív energiától.
-
Így fejlesztjük ki az ötleteinket.
-
Lassan kezdek kifutni az időből, de van még valami, amiről beszélni akarok,
¶
-
mégpedig az, hogy egy kiváló ötlet és a kidolgozás nem elég.
-
Volt egy kiváló TED-előadás,
-
Sir Ken Robinson tartotta, azt hiszem.
-
Arról beszélt, hogyan öli meg az oktatás
-
és az iskola a kreativitást.
-
Valójában két oldala van a történetnek.
-
Annyi mindent tudunk kezdeni
-
pusztán zseniális ötletekkel,
-
kreativitással és jó mérnöki megérzéssel.
-
Ha a barkácsolásnál többre vágyunk,
-
ha a robotikát nem csak hobbiként akarjuk művelni,
-
és ha a robotika igazi nagy kihívásait keressük,
-
alapos és módszeres kutatás révén,
-
akkor ennél többre van szükség. És itt jön be az iskola.
-
Batman-nél, miközben a rosszfiúkkal harcol,
¶
-
van egy szerszámkészlet, egy csáklyázóhorog,
-
egy csomó különféle hasznos eszköz.
-
Számunkra, robotikusk, mérnökök és tudósok számára
-
ezek a szerszámok a tanórák, tanfolyamok, kurzusok, amiket végigjárunk.
-
Matematika, differenciál-egyenletek.
-
Én most is tanulok algebrát, tudományt, fizikát,
-
kémiát és biológiát, amint látják.
-
Ezek azok a szerszámok, amikre szükségünk van.
-
A több szerszám, ami Batman számára azt jelenti,
-
hogy hatékonyabban tud harcolni a rosszfiúk ellen,
-
nekünk abban segít, hogy megküzdjünk ezekkel a súlyos problémákkal.
-
Az oktatás tehát rendkívül fontos.
-
-
nem csak arról szól, hogy nagyon-nagyon keményen kell dolgozni.
-
Ezért mondom mindig a hallgatóimnak,
-
hogy dolgozzanak okosan, aztán dolgozzanak keményen.
-
Ez a kép itt a háttérben hajnali 3 körül készült.
-
Biztosíthatom önöket, hogy ha hajnali 3 és 4 között bejönnek a laborba,
-
találnak ott néhány hallgatót aki dolgozik,
-
és nem azért, mert én mondtam nekik, hanem azért, mert örömüket lelik benne.
-
És ezzel elértünk az utolsó témánkhoz.
-
Ne feledkezzük meg a saját szórakozásunkról!
-
Ez a sikerünk igazi titka. A sok-sok öröm, amiben részünk van.
-
Meggyőződésem, hogy az igazi termelékenység forrása, hogy élvezetet találjunk a munkában.
-
Ez tehát, amivel mi foglalkozunk.
-
Köszönöm a figyelmet.
-
Taps.
English [en]