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Title:
Dennis Hong: Le mie sette specie di robot
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Description:
A TEDxNASA, Dennis Hong presenta sette robot, vincitori di premi, per tutti i terreni - come il calciatore umanoide DARwIn e l'arrampicatore CLIMBeR -- tutti costruiti dal suo team a RoMeLa, Virginia Tech. Da guardare fino alla fine per scoprire i cinque segreti creativi dell'incredibile successo tecnico del suo laboratorio.
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Dunque, il primo robot di cui parlare si chiama STriDER.
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Sta per Robot Sperimentale Auto-eccitante
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Tripede Dinamico.
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E' un robot che ha tre gambe,
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cosa inspirata dalla natura.
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Ma avete mai visto in natura
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un animale con tre gambe?
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Probabilmente no. Quindi, perchè lo chiamo
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robot "biologicamente-inspirato"? Come potrà mai funzionare?
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Ma prima di questo, guardiamo alla cultura pop.
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Conoscete il racconto ed il film di H.G.Wells "La Guerra dei Mondi".
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E quello che vedete qui è un popolarissimo
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videogame.
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Nella storia descrivono queste creature aliene
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come robot con tre gambe che terrorizzano la Terra.
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Ma il mio robot, STriDER, non si muove così.
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Ora, questa è una simulazione animata dinamica.
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Vi sto per mostrare come funziona il robot.
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Ruota il corpo di 180 gradi.
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oscilla la sua gamba tra le sue due gambe per fermare la caduta.
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Quindi, ecco come cammina. Ma quando guardiamo a noi stessi
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esseri umani, bipedi,
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quello che fai è che non stai usando un muscolo
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per sollevare la gamba e camminare come un robot. Giusto?
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Quello che davvero fai è oscillare la gamba e bloccare la caduta,
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rialzarti di nuovo, oscillare la gamba e bloccare la caduta.
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Usando la tua dinamica incorporata, la fisicità del tuo corpo,
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proprio come un pendolo.
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Lo chiamiamo il concetto della locomozione dinamica passiva.
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Quello che stai facendo è, quando ti alzi,
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da energia potenziale a energia cinetica,
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da energia potenziale a energia cinetica.
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E' un processo di caduta continua.
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Quindi, anche se non c'è niente in natura che assomigli a questo,
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ci siamo davvero inspirati alla biologia
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e abbiamo applicato i principi della camminata
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a questo robot, pertanto è un robot inspirato dalla biologia.
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Quello che vedete qui, è quello che vogliamo fare in seguito.
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Vogliamo piegare le gambe e lanciarle per un movimento a lungo raggio.
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E poi dispiega le gambe, sembra quasi come Star Wars.
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Quando atterra, attutisce l'impatto e inizia a camminare.
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Quello che vedete qui, questa cosa gialla, non è un raggio della morte.
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E' solo per mostrarvi che se avete telecamere
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o altri tipi di sensori
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perchè è alto, è alto 1,8 metri,
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potete vedere ostacoli come cespugli e cose del genere.
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Perciò abbiamo due prototipi.
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La prima versione, nello sfondo, è lo STriDER I.
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Quello di fronte, il più piccolo, è lo STriDER II.
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Il problema che avevamo con lo STriDER I è
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che era troppo pesante sul corpo. Avevamo così tanti motori,
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sapete, per allineare le articolazioni, e questo tipo di cose.
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Quindi, abbiamo deciso di sintetizzare un meccanismo meccanico
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per poterci liberare di tutti i motori, e con un singolo motore
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poter coordinare tutti i movimenti.
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E' una soluzione meccanica ad un problema, invece di usare la meccatronica.
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Così, adesso, il corpo è leggero abbastanza da poter camminare in un laboratorio.
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Questo è stato il primo vero passo riuscito.
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Non è ancora perfetto. Il caffè cade,
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perciò abbiamo ancora molto lavoro da fare.
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Il secondo robot di cui voglio parlare si chiama IMPASS.
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Sta per Piattaforma Mobile Intelligente con Sistema Azionato a Raggi.
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Quindi, è un robot ibrido con delle gambe-ruote.
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Dunque, pensa a una ruota senza montatura,
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o una ruota a raggi.
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Ma i raggi si muovono individualmente dentro e fuori dal perno.
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Perciò,è un ibrido "gamba-ruota".
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Stiamo letteralmente reinventando la ruota qui.
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Lasciate che vi dimostri come funziona.
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In questo video stiamo usando un approccio
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chiamato approccio reattivo.
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Usando semplicemente i sensori tattili nei piedi,
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sta cercando di camminare in un terreno mutevole,
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un terreno morbido che affonda e cambia.
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E solo con l'informazione tattile
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ha attraversato con successo questo tipo di terreno.
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Ma, quando incontra un terreno veramente estremo,
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in questo caso, questo ostacolo è piu di tre volte
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l'altezza del robot,
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Allora passa in modalità di ponderazione,
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dove usa un telemetro laser,
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e sistemi di telecamere, per identificare l'ostacolo e la dimensione,
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e pianifica, pianifica con cura il movimento dei raggi,
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e li coordina in modo tale da mostrare questa
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mobilità davvero impressionante.
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Probabilmente non avete sentito niente del genere fuori da qui.
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Questo è un robot con una altissima mobilità
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che abbiamo sviluppato, chiamato IMPASS.
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Ah! non è fichissimo?
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Quando guidi la macchina,
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quando sterzi con la tua auto, usi un metodo
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chiamato geometria di Ackermann.
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Le ruote davanti ruotano cosi.
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Per la maggior parte di questi robot con piccole ruote
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usano un metodo chiamato differenziale di sterzo
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in cui la ruota sinistra e quella destra girano nelle opposte direzioni.
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Per IMPASS, possiamo fare molti molti diversi tipi di movimenti.
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Per esempio, in questo caso, anche se la ruota destra e la sinistra sono connesse
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con un singolo asse, ruotando allo stesso angolo di velocità.
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Abbiamo semplicemente cambiato la lunghezza del raggio.
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Ciò influisce sul diametro, e quindi gira a sinistra, gira a destra.
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Ecco, questi sono solo alcuni esempi di cose interessanti
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che possiamo fare con IMPASS.
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Questo robot si chiama CLIMBeR,
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Robot diviso in parti sospese a cavi con comportamento intelligente.
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Ho parlato con molti scienziati NASA,
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al Laboratorio di Propulsione Jet sono famosi per i fuoristrada utilizzati su Marte.
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E gli scienziati,geologi, mi dicono sempre
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che la scienza veramente interessante,
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i siti ricchi di scienza, sono sempre nei dirupi.
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Ma i fuoristrada attuali non riescono a raggiungerli.
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Così, ispirati da ciò, abbiamo voluto costruire un robot,
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che può arrampicarsi su un ambiente scosceso.
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Perciò, questo è CLIMBeR.
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Dunque, cosa fa, ha tre gambe. Probabilmente è difficile da vedere,
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ma ha un verricello e un cavo all'estremità superiore.
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E cerca sempre di trovare il posto migliore per mettere i piedi.
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E una volta che l'ha trovato
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in tempo reale calcola la distribuzione della forza.
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Quanta forza deve esercitare sulla superficie
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così da non inclinarsi e non scivolare.
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Una volta che ha stabilito ciò, solleva un piede,
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e poi col verricello, può arrampicarsi su questi tipi di ambienti.
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Anche per operazioni di ricerca e salvataggio.
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In realtà, cinque anni fa, lavorai al Laboratorio Propulsione Jet della NASA,
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durante l'estate come studente di facoltà.
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E già avevano un robot a sei gambe chiamato LEMUR.
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Ora, questo si basa proprio su quello. Questo robot si chiama MARS,
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Sistema Robotico Multi-Appendice. E' un robot a sei gambe.
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Abbiamo sviluppatto la nostra andatura pianificata adattabile.
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Abbiamo un interessante carico su questo qui.
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Agli studenti piace divertirsi. E qui potete vedere che sta
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camminando su un terreno non strutturato.
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Sta cercando di camminare nel terreno grezzo,
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aree sabbiose.
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ma a seconda del contenuto di umidità o dalla dimensione dei granelli di sabbia
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l'affindamento del piede nel terreno cambia.
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Quindi, cerca di adattare la sua andatura per attraversare con successo questi tipi di terreni.
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E fa anche delle cose divertenti, come si può immaginare.
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Abbiamo davvero molti visitatori nel nostro laboratorio.
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E, quando i visitatori arrivano, MARS cammina verso il computer,
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inizia a digitare "Ciao , mi chiamo MARS."
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Benvenuti a RoMeLa,
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il Laboratorio di Meccanismi Robotici al Virginia Tech.
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Questo robot è un robot ameba.
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Ora, non abbiamo abbastanza tempo per entrare nei dettagli tecnici,
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Vi mostrerò solo alcuni esperimenti.
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Dunque,questi sono alcuni dei primi esperimenti di fattibilità.
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Immagazziniamo energia potenziale nella pelle elastica per farla muovere.
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O usiamo una corda a tensione attiva per farlo muovere
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avanti e indietro. Si chiama ChIMERA.
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Abbiamo anche lavorato con alcuni scienziati
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e ingegneri della Università della Pennsylvania
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per realizzare una versione chimicamente attivata
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di questo robot-ameba.
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Aggiungiamo qualcosa a qualcosa
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e come per magia, si muove. Il blob.
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Questo robot è un progetto molto recente. Si chiama RAPHaEL.
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Mano Robotica Alimentata ad Aria con Legamenti Elastici.
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Ci sono un sacco di graziose e ottime mani robotiche sul mercato.
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Il problema è che sono troppo costose, decine di migliaia di dollari,
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Perciò, per l'applicazioni di protesi non è probabilmente molto pratico,
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perchè non è conveniente.
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Volevamo affrontare questo problema con un approccio molto differente.
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Invece di usare motori elettrici, attuatori elettromeccanici,
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usiamo aria compressa.
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Abbiamo sviluppato questi recenti attuatori per le articolazioni.
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E' molto obbediente. Puoi cambiare la forza,
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semplicemente cambiando la pressione dell'aria.
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E può anche schiacciare una lattina vuota.
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Può sollevare oggetti delicati come un uovo crudo,
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o in questo caso, una lampadina.
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La cosa migliore, ci sono voluti solo 200 dollari per fare il primo prototipo.
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Questo robot è in effetti una famiglia di robot serpenti
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che chiamiamo HyDRAS,
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Robot Serpentino articolato con Iper Motilità.
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E' un robot che può arrampicarsi sulle strutture.
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Questo è un braccio dell' HyDRAS.
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E' un braccio con 12 gradi di libertà di movimento.
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Ma la parte interessante è l'interfaccia utente.
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Il cavo qua, è una fibra ottica.
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E questa studentessa, probabilmente è la prima volta che lo sta usando,
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ma può articolarlo in un sacco di modi diversi.
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Quindi, ad esempio in Iraq, sapete, la zona di guerra,
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ci sono autobombe sulla strada. Al momento si mandano
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questi veicoli a controllo remoto che hanno delle braccia.
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Ci vuole molto tempo ed è molto costoso
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addestrare l'operatore ad operare con questo braccio complesso.
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In questo caso è molto intuitivo.
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Questo studente, probabilmente è la prima volta che lo usa, sta eseguendo compiti di manipolazione molto complessi,
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sollevando oggetti e manipolandoli,
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così ,molto intuitivamente.
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Ora, questo robot è al momento la nostra star.
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Abbiamo un fan club per il robot DARwIn,
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Robot Dinamico Antropomorfo con Intelligenza.
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Come sapete siamo molto interessati ai
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robot umanoidi, alla camminata umana,
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così abbiamo deciso di costruire un piccolo robot umanoide.
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Questo è stato nel 2004, a quell'epoca
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questo era qualcosa di davvero davvero rivoluzionario.
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Questo era più di uno studio di fattibilità,
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che tipo di motori dovremmo usare?
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E' una cosa possibile? Che tipo di controlli dovremmo fare?
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Allora, questo non ha nessun tipo di sensori.
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E' un controllo a circuito aperto.
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Per quelli di voi che forse lo sanno, se non hai nessun sensore
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e c'è una interferenza, sapete cosa succede.
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(risate)
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Quindi, sulla base di quel successo, l'anno successivo
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abbiamo fatto la corretta progettazione meccanica
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iniziando dalla cinematica.
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E così, DARwIn I è nato nel 2005.
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Si alza. Cammina, è davvero impressionante.
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Ad ogni modo, ancora, come potete vedere,
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ha un cordone, un cordone ombelicale. Perciò stiamo ancora usando fonti di energia esterne,
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e calcoli esterni.
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Così, nel 2006, è davvero tempo di divertirsi.
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Diamogli un'intelligenza. Gli diamo tutto il potere di calcolo di cui ha bisogno,
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un chip da 1.5 gigahertz Pentium M
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due telecamere Firewire, 8 giroscopi, accelerometri,
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quattro coppie di sensori nel piede, batterie al litio.
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E adesso DARwIn II è completamente autonomo.
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Non ha controllo remoto.
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Non ha attacchi. Si guarda intorno, cerca la palla,
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guarda intorno, cerca la palla, e cerca di giocare a calcio,
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autonomamente, con intelligenza artificiale.
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Vediamo come va. Questo è stato il nostro vero primo tentativo,
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e....Goal!
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Ora, c'è effettivamente una competizione chiamata RoboCup.
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Non so quanti di voi ha sentito parlare di RoboCup.
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E' una competizione internazionale di calcio con robot autonomi.
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E lo scopo del RoboCup, il vero scopo è,
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entro il 2050
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vogliamo avere robot umanoidi autonomi a grandezza naturale
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che giocano a calcio contro i campioni umani della World cup
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e vincono.
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E' un vero scopo. E' un traguardo molto ambizioso,
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ma crediamo davvero di potercela fare.
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Ora, questo è l'anno scorso in Cina.
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Siamo stati il primo vero team negli USA che si sono qualificati
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nella competizione di robot umanoidi.
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Questo è di quest'anno, in Austria.
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State per vedere l'azione, tre contro tre,
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completamente autonoma.
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Ecco qua. Si!
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I robots inseguono e loro giocano,
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i giocatori giocano tra loro.
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E' davvero impressionante. E' davero un evento di ricerca
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racchiuso in un più eccitante evento di competizione.
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Quello che vedete qua, questo è la bellissima
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coppa trofeo Louis Vuitton.
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Ora, questa è per il miglior umanoide,
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e vorremmo portarla per la prima volta negli Stati Uniti
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il prossimo anno, perciò augurateci buona fortuna.
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Grazie.
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(applausi)
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DARwIn ha anche molti altri talenti.
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L'anno scorso ha diretto la Roanoke Symphony Orchestra
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per il concerto di Natale.
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Questo è il robot di nuova generazione, DARwIn IV,
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ma più intelligente, veloce , forte.
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E sta cercando di mostrare le sue capacità.
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"Sono un macho, sono forte".
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Posso anche fare qualche mossa alla Jackie Chan,
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mosse di arti marziali.
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(risate)
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E se ne va via. Quindi, questo è DARwIn IV,
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potrete vederlo nell'atrio d'ingresso.
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Crediamo davvero che questo sarà il primo vero corridore
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robot umanoide negli Stati Uniti. Perciò, restate sintonizzati.
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D'accordo, vi ho mostrato alcuni dei nostri eccitanti robot al lavoro.
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Ora, qual è il segreto del nostro successo?
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Da dove usciamo fuori con certe idee?
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Come sviluppiamo questo tipo di idee?
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Abbiamo un veicolo completamente autonomo
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che può guidare in un ambiente urbano. Abbiamo vinto mezzo milione di dollari
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nella competizione urbana DARPA.
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Abbiamo anche l'unico veicolo al mondo
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che può essere guidato dai ciechi.
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La chiamiamo la sfida del guidatore cieco, molto eccitante,
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e molti molti altri progetti di robot di cui vi voglio parlare.
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Questi sono solo i premi che abbiamo vinto nell'autunno 2007,
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da competizioni robotiche e simili.
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Quindi, davvero abbiamo 5 segreti.
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Il primo è dove prendiamo l'ispirazione,
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dove prendiamo la scintilla dell'immaginazione?
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Questa è una storia vera, la mia storia personale.
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Di notte quando vado a dormire, alle 3 o 4 di mattina,
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mi sdraio, chiudo gli occhi , e vedo queste linee e cerchi
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e forme diverse che fluttuano intorno,
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e si assemblano, e formano questi tipi di meccanismi.
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E allora penso "Ah, questo è fico".
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Perciò, vicino al letto tengo un blocco note,
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un diario, con una penna speciale che ha una luce, una luce LED,
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perchè non voglio accendere la luce e svegliare mia moglie.
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Quindi,vedo queste cose, scarabocchio tutto nel blocco, disegno cose,
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e vado a letto.
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Ogni giorno al mattino,
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la prima cosa che faccio prima della mia prima tazza di caffè,
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prima di lavarmi i denti, apro il mio blocco note.
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Molte volte è vuoto,
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a volte c'è qualcosa, a volte c'è spazzatura,
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ma la maggior parte delle volte non riesco nemmeno a leggere la mia scrittura.
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Bè, alle 4 di mattina , che vi aspettate, no?
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Perciò, devo decifrare quello che ho scritto.
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Ma a volte ci vedo questa idea geniale ,
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e ho questo momento di "Eureka!"
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Mi fiondo al mio studio, mi siedo al computer,
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scrivo le idee, faccio delle bozze,
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e tengo un database delle idee.
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Perciò,quando riceviamo chiamate per presentare proposte
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cerco di trovare un'unione tra le mie
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idee potenziali
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e il problema, se c'è un riscontro scriviamo una proposta di ricerca,
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otteniamo i fondi per la ricerca, ed è cosi che iniziamo il nostro porgramma di ricerca.
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Ma una sola scintilla di immaginazione non è abbastanza.
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Come sviluppiamo questo tipo di idee?
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Al nostro laboratorio RoMeLa, il Laboratorio di Meccanismi Robotici,
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abbiamo queste fantastiche riunioni di brainstorm.
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Quindi, ci riuniamo, e discutiamo dei problemi
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e delle questioni sociali e ne parliamo.
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Ma prima di iniziare stabiliamo questa regola d'oro.
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La regola è:
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nessuno critica le idee di nessuno.
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Nessuno critica nessuna opinione.
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Questo è importante, perchè molte volte, gli studenti, hanno paura
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o si sentono a disagio con quello che gli altri potrebbero pensare
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delle loro opinini e pensieri.
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Quindi, una volta fatto questo, è stupefacente
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come gli studenti si aprono.
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Hanno queste bizzarre pazze e brillanti idee,
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l'intera stanza è elettrificata da energia creativa.
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Ed è così che sviluppiamo le nostre idee.
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Bene, il nostro tempo sta per finire, un'ultima cosa di cui vorrei parlarvi è
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sapete, solo una scintilla di idea e sviluppo non è sufficiente.
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C'è stato un grande intervento su TED,
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credo fosse di Sir Ken Robinson, giusto?
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Ha fatto una discussione su come l'educazione
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e la scuola uccidono la creatività.
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Bene, in realtà ci sono due parti della storia.
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Ora, ci sono talmente tante cose che uno può fare
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semplicemente con idee astute
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e creatività e e buona intuizione tecnica.
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Se vuoi andare oltre un bricolage,
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se vuoi andare oltre un hobby di robotica
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e affrontare davvero le grandi sfide della robotica
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attraverso ricerche rigorose
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serve più di questo. Ed è qui che entra in gioco la scuola.
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Batman, che combatte contro i cattivi,
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ha la sua cintura di attrezzi,ha il suo rampino,
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ha tutti i vari tipi di gadgets.
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Per noi roboticisti, ingegneri e scienziati,
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questi strumenti, sono i corsi e le lezioni che voi prendete in classe.
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Matematica, equazioni differenziali.
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I ho algebra lineare, scienza, fisica,
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anche adesso, chimica e biologia, come avete visto.
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Questi sono tutti gli strumenti che ci servono.
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Perciò, più strumenti hai, per Batman
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è più efficace combattere i cattivi,
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per noi, abbiamo più strumenti per attaccare questi grossi tipi di problemi.
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Perciò, l'educazione è molto importante.
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non solo questo, dovete anche lavorare molto molto duramente.
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I dico sempre ai miei studenti
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lavorate intelligentemente, poi lavorate sodo.
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Questa immagine qua dietro è delle 3 di mattina.
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Vi garantisco che se venite al nostro laboratorio alle 3, le 4 di mattina,
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abbiamo studenti che stanno lavorando,
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non perchè sono io a dirglielo, ma perchè ci stiamo davvero divertendo un sacco.
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Il che ci porta all'ultimo argomento.
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Non dimenticate di divertirvi.
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Questo è il vero segreto del nostro successo. Ci divertiamo davvero tanto.
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Credo davvero che la produttività maggiore esce fuori quando ti stai divertendo.
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Ed è quello che facciamo.
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Ecco qua. Grazie mille.
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(applausi)
English [en]