Dennis Hong: Moje siedem gatunków robotów.

W TEDxNASA, Denis Hong prezentuje siedem nagrodzonych robotów terenowych - przypominającego człowieka, grającego w piłkę DARwina i wspinającego się CLIMBeRa -- wszystkie zbudowane przez zespół w RoMeLa, Virginia Tech. Oglądajcie do końca, by poznać pięć twórczych tajemnic niesamowitego sukcesu technologicznego jego laboratorium.

Najpierw porozmawiamy o robocie STriDER.

To Samobieżny Trójnogi Dynamiczny Eksperymentalny Robot.

To Samobieżny Trójnogi Dynamiczny Eksperymentalny Robot.

Jest to robot z trzema nogami,

zainspirowany przez naturę.

Ale czy w przyrodzie jest coś,

co ma trzy nogi? Raczej nie.

Więc czemu powiedziałem,

że zainspirowała go natura?

Najpierw przyjrzyjmy się popkulturze.

Znacie "Wojnę Światów" H.G. Wellsa, książkę i film.

A to co tutaj widzicie, to popularna

gra komputerowa.

W literaturze opisywane są jako obce istoty,

roboty mające trzy nogi, terroryzujące ziemię.

Ale mój robot, STriDER, nie porusza się w ten sposób.

To animacja dynamicznej symulacji.

Pokażę wam jak działa robot.

Obraca swe ciało o 180 stopni.

Porusza trzecią nogą by złapać równowagę.

Tak chodzi. Jeśli przyjrzymy się nam,

ludziom, chodząc na dwóch nogach

nie używamy mięśnia

by podnieść nogę i chodzić jak robot.

Poruszamy nogą i łapiemy równowagę,

wstajemy, ruszamy nogą i łapiemy równowagę.

Używając wbudowanej dynamiki, fizyki naszego ciała

tak jak wahadło.

Nazywamy to biernym dynamicznym poruszaniem się.

Gdy wstajecie,

energia potencjalna zmienia się w energię kinetyczną,

potencjalna w kinetyczną.

To ciągle zachodzący proces.

Pomimo tego, że w naturze nie ma nic podobnego,

naprawdę zainspirowaliśmy się przyrodą

i zastosowaliśmy zasady chodzenia

u tego robota, jest więc on zainspirowany naturą.

Tu widzicie to, czym zajmiemy się za chwilę.

Chcemy zgiąć nogi i wyskoczyć na długi dystans.

Rozstawia nogi prawie jak w Gwiezdnych Wojnach.

Lądując absorbuje uderzenie i zaczyna chodzić.

To żółte, to nie śmiercionośne promienie.

To wskaźnik pokazujący, że jeśli macie kamery

lub innego rodzaju czujniki,

ponieważ ma 1,80m wzrostu,

będziecie widzieć przeszkody takie jak krzaki.

Mamy więc dwa prototypy.

Pierwsza wersja z tyłu to STriDER I.

Mniejszy z przodu to STriDER II.

Problem w tym, że STriDER I

był zbyt ciężki. Miał tyle silników,

wiecie, wyrównywanie itp.

Więc zdecydowaliśmy się go stworzyć

tak, by przy użyciu pojedynczego napędu

koordynować wszystkie ruchy.

To mechaniczne rozwiązanie, bez stosowania mechatroniki.

Jego góra jest wystarczająco lekka, by mógł chodzić w laboratorium.

To był pierwszy krok.

Nie jest idealny. Upuszcza kawę,

przed nami jeszcze dużo pracy.

Drugim robotem jest IMPASS.

Oznacza inteligentnie poruszającą się platformę z aktywnym systemem szprych.

Jest hybrydą z kołami i nogami.

Pomyślcie o kole bez oprawy

lub kole szprychowym.

Szprychy poruszają się niezależnie od siebie w piaście.

Porusza się na kołach lub nogach.

Wymyślamy koło na nowo.

Pokażę wam jak działa.

Na tym filmie stosujemy metodę

zwaną podejściem reakcyjnym.

Używając czujników dotyku na stopach,

próbuje chodzić po zmiennym podłożu,

miękkim terenie, który się wciska i zmienia.

Dzięki informacjom z czujnika dotyku,

pomyślnie przechodzi przez tego typu teren.

Ale gdy natrafi na ekstremalny teren,

gdy przeszkoda jest trzy razy

wyższa od robota,

przełącza się w tryb ostrożny,

w którym używa dalmierza laserowego

i systemu kamer do identyfikacji przeszkód,

ostrożnie planuje kolejny ruch szprych,

koordynuje nim wykazując

nadzwyczajną mobilność.

Pewnie nigdy nie widzieliście czegoś takiego.

To robot o wysokim poziomie mobilności,

zwany IMPASS.

Czy to nie wspaniałe?

Gdy prowadzicie samochód,

gdy nim kierujecie, stosujecie metodę

zwaną sterowaniem Ackermanna.

Przednie koła skręcają w ten sposób.

U większości robotów

stosuje się sterowanie różnicowe,

gdzie lewe i prawe koło skręcają w przeciwnych kierunkach.

IMPASS może poruszać się w wieloraki sposób.

Tu lewe i prawe koła są połączone pojedynczą osią,

ale obracają się z tą samą prędkością kątową.

Po prostu zmieniamy długość szprychy.

Zmiana średnicy umożliwia skręcanie.

To kilka przykładów fajnych rzeczy,

które potrafi IMPASS.

Ten robot nazywa się CLIMBeR,

inteligentny robot podłączony przewodowo.

Naukowcy z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA,

JPL jest znane z pojazdów wysłanych na Marsa,

zawsze mi powtarzają,

że ściany skalne to miejsca bogate w interesującą naukę.

że ściany skalne to miejsca bogate w interesującą naukę.

Łaziki nie mogą się tam dostać.

Chcieliśmy zbudować robota,

który potrafiłby się wspinać.

Więc to jest CLIMBeR.

Ma trzy nogi.

Na górze ma wyciągarkę i linkę.

Szuka miejsca do postawienia stopy,

a gdy już znajdzie,

w czasie rzeczywistym oblicza rozdział siły

by móc przyczepić się do powierzchni

bez ryzyka upadku.

Kiedy jest stabilny, podnosi stopę,

i dzięki wyciągarce może się wspinać.

Również w celach poszukiwawczych i ratunkowych.

Pięć lat temu, pracowałem w NASA JPL

na stypendium.

Mieli już wtedy robota LEMUR, z sześcioma nogami.

To jego krewniak, hexapod MARS.

Zautomatyzowany system z wieloma dodatkami.

Rozwinęliśmy inteligentny model chodu.

Mamy bardzo interesujące dane na ten temat.

Studenci lubią się bawić. Możecie tu zobaczyć

jak chodzi po trudnym terenie.

Próbuje chodzić po ternie

surowym i piaszczystym,

W zależności od zawartości wilgoci oraz rozmiaru ziaren piasku

zmienia się model zapadania się stóp w podłożu.

Próbuje dostosować swój chód.

Robi też inne fajne rzeczy.

Mamy wielu odwiedzających.

Kiedy przychodzą goście, MARS podchodzi do komputera

i wystukuje "Cześć, mam na imię MARS."

Witamy RoMeLę,

z Laboratorium Robotyki Maszyn w Virginia Tech.

Jest robotem pełzającym.

Nie zagłębimy się w szczegóły techniczne,

ale pokażę kilka eksperymentów.

To jedne z pierwszych testów możliwości.

Energię potencjalna w elastycznej skórze wprowadza ją w ruch.

Napięcie czynne umożliwia ruch

w przód i w tył. Nazywa się ChIMERA.

Współpracowaliśmy również naukowcami

i inżynierami z Uniwersytetu Pennsylvanii

nad chemicznie napędzaną wersją

tego robota pełzającego.

Coś robimy,

i jak za sprawą magii, porusza się.

To nowy projekt. Nazywa się RAPHaEL.

Zautomatyzowana napędzana powietrzem ręka z elastycznymi wiązadłami.

Jest wiele znakomitych dłoni robota na rynku.

Ale są zbyt drogie - dziesiątki tysięcy dolarów.

Jako protezy się nie sprawdzają,

ponieważ są za drogie.

Rozwiązujemy ten problem w inny sposób.

Zamiast silników elektrycznych, przetworników elektromechanicznych,

wykorzystujemy sprężone powietrze.

Rozwinęliśmy te nowatorskie przetworniki do stawów.

Pracują dobrze. Można zmienić moc,

zmieniając ciśnienie powietrza.

Może zgnieść pustą puszkę po napoju.

Potrafi podnieść delikatne przedmioty,

np. surowe jajko lub żarówkę.

Wydaliśmy tylko 200 dolarów na prototyp.

Ten robot należy do rodziny robotów węży,

innymi słowy HyDRAS,

Super Swobodny Przegubowy Robot-Wąż.

Potrafi wspinać się na obiekty.

To ramię HyDRY,

z 12-stopniową swobodą ruchów.

Interfejs użytkownika jest super.

Tamten kabel to światłowód.

A ta studentka, pewnie używa go po raz pierwszy,

ale potrafi go wykorzystać na różne sposoby.

Na przykład w Iraku, jak wiecie strefie wojny,

są przydrożne bomby. Obecnie wysyła się

zdalnie sterowane uzbrojone pojazdy.

Dużo czasu i pieniędzy zabiera

przeszkolenie operatora skomplikowanego ramienia.

Ale używanie tego jest intuicyjne.

Ten student wykonuje skomplikowane zadanie,

podnosi przedmioty i nimi manipuluje,

ot tak sobie, bardzo intuicyjne.

Ten robot, jest naszym ulubieńcem.

Mamy fanklub robota DARwIna,

Dynamicznego Antropomorficznego Robota z Inteligencją.

Jesteśmy zainteresowani

humanoidami, chodzącymi jak ludzie,

więc takiego robota zbudowaliśmy.

W 2004 roku to było

rewolucyjne osiągnięcie.

To była analiza wykonalności,

jakich silników użyć?

Jakiego sterowania? Czy jest to możliwe?

Nie posiada żadnych czujników.

Ma otwarty układ sterowania.

Niektórzy mogą się domyślać, co może się stać

bez czujników, gdy wystąpią zakłócenia.

(Śmiech)

W oparciu o ten sukces, rok później

stworzyliśmy projekt mechaniczny,

zaczynając od kinematyki.

W 2005 roku narodził się DARwIn I.

Stoi, chodzi, bardzo imponujące.

Ale nadal, jak widzicie,

ma pępowinę dostarczającą energii i przetwarzającą

dane dzięki zewnętrznym urządzeniom.

2006 - pora na prawdziwą zabawę.

Dajmy mu inteligencję. Zapewniamy moc obliczeniową,

chip 1,5 gigaherca Pentium M,

dwie kamery, osiem żyroskopów, przyspieszeniomierz,

cztery czujniki momentu obrotowego na stopie, baterie litowe.

Teraz DARwIn jest w pełni autonomiczny.

Nie jest sterowany pilotem.

Nie ma żadnych kabli.

Rozgląda się, szuka piłki i próbuje grać

autonomicznie, sztuczna inteligencja.

Zobaczmy jak to robi. To pierwsza próba,

i... wideo: Gol!

Istnieją zawody o Puchar Robotów: RoboCup.

Nie wiem ilu z was słyszało o RoboCup.

To międzynarodowe zawody piłkarskie autonomicznych robotów.

Celem RoboCup jest

stworzenie do 2050 roku

pełnych rozmiarów, autonomicznych robotów humanoidów

grających w pikę przeciwko ludzkim mistrzom świata,

i wygrywających.

To prawdziwy cel. Bardzo ambitny,

ale wierzymy, że się uda.

Zeszły rok w Chinach.

Byliśmy pierwszą drużyną USA, która zakwalifikowała się

do rozgrywek robotów humanoidów.

A to obecny rok, Austria.

Zobaczycie akcję, trzech na trzech,

w pełni autonomicznych.

Proszę bardzo. Tak!

Roboty obserwują i grają,

gra drużynowa pomiędzy nimi.

Bardzo imponujące. Prawdziwie naukowe zdarzenie

otoczone ekscytującym współzawodnictwem.

To przepiękne,

puchar Louisa Vuittona.

dla najlepszego humanoida.

Chcemy po raz pierwszy przywieźć go do USA,

za rok, więc życzcie szczęścia.

Dziękuję.

(Brawa)

DARwIn ma wiele talentów.

W zeszłym roku dyrygował orkiestrą Roanoke Symphony,

podczas świątecznego koncertu.

To robot następnej generacji, DARwIn IV,

bystrzejszy, szybszy, silniejszy.

Popisuje się swoimi zdolnościami.

"Jestem macho, Jestem silny."

Podobnie jak Jackie Chan,

znam sztuki walki.

(Śmiech)

I odchodzi. To jest więc DARwIn IV,

zobaczycie go w lobby.

Wierzymy, że będzie to pierwszy biegający

humanoid w USA. Więc, proszę zostać z nami.

Pokazałem wam jak działają nasze roboty.

Co się kryje za naszym sukcesem?

Skąd bierzemy takie pomysły?

Jak wspieramy pomysły tego typu?

Mamy w pełni autonomiczny pojazd

potrafiący poruszać się w ruchu miejskim.

Wygraliśmy DARPA Urban Challenge.

Mamy też pierwszy na świecie

pojazd dla niewidomych.

To wyzwanie niewidomego kierowcy,

i wiele innych projektów.

To tylko nagrody z jesieni 2007,

zawodów robotów itd.

Mamy pięć sekretów.

Skąd czerpiemy inspiracje,

skąd ta iskierka wyobraźni?

To moja osobista, prawdziwa historia.

Gdy kładę się spać o 3 czy 4 rano,

zamykam oczy i widzę linie i koła

oraz inne kształty,

które tworzą takie mechanizmy.

Myślę: "O, to jest super."

Przy łóżku trzymam notatnik,

ze specjalnym piórem z lampką LED,

bo nie chcę obudzić żony włączając światło.

Widzę coś, notuję, rysuję

i idę spać.

Każdego ranka,

jeszcze przed poranną kawą

i umyciem zębów, otwieram notatnik.

Często jest pusty,

czasem coś jest, czasem beznadzieja,

najczęściej nie mogę nawet nic odczytać.

Ale czego można się spodziewać po 4 rano?

Muszę rozszyfrowywać co napisałem.

Ale czasem widzę wspaniały pomysł

i krzyczę "Eureka!".

Biegnę do domowego biura, do komputera,

zapisuje pomysły, robię zarys

i przechowuję bazę pomysłów.

Kiedy zgłaszamy propozycje,

próbuję znaleźć coś wspólnego pomiędzy

moimi pomysłami a problemem,

potem przygotowujemy propozycję badań,

zdobywamy fundusze, rozpoczynamy programy badawcze.

Ale sama wyobraźnia nie wystarczy.

Jak rozwijamy takie pomysły?

W Laboratorium Robotyki Maszyn (RoMeLa),

robimy fantastyczną burzę mózgów.

Zbieramy się i omawiamy problemy,

również problemy społeczne.

Ale zanim zaczniemy, ustalamy złotą zasadę.

Brzmi ona:

Nikt nie krytykuje czyichś pomysłów.

Nikt nie krytykuje czyjejś opinii.

Wielokrotnie studenci obawiają się

co pomyślą inni o ich pomysłach.

co pomyślą inni o ich pomysłach.

Dzięki tym regułom

studenci rozkwitają.

Mają stuknięte i znakomite pomysły,

naelektryzowane kreatywną energią.

Tak rozwijamy nasze pomysły.

Ostatnią rzeczą, którą chciałbym omówić to,

to że iskierka pomysłu i rozwinięcie to za mało.

Był wspaniały moment na TED,

to był chyba Sir Ken Robinson, tak?

Omawiał kwestię edukacji,

i tego jak zabija kreatywność

To dwie strony medalu.

To co można zrobić tylko dzięki

wspaniałym pomysłom

kreatywności i intuicji jest ograniczone.

Jeśli chcecie wyjść poza majsterkowanie,

poza robotykę jako hobby,

i podjąć prawdziwe wyzwania robotyki

stosując surowe badania,

potrzebujecie więcej. Tu wchodzi szkoła.

Batman walczący ze złymi ludźmi,

ma użyteczny pas, hak,

całą masę gadżetów.

Dla nas, robotyków, inżynierów i naukowców,

takimi narzędziami są kursy i zajęcia w klasie.

Matematyka, równania różniczkowe.

Mam algebrę liniową, nauki przyrodnicze, fizykę,

nawet w dzisiejszych czasach, chemię i biologię.

To narzędzia, jakich potrzebujemy.

Mając więcej narzędzi, Batman

może lepiej walczyć ze złem,

a my możemy rozwiązywać problemy.

Edukacja jest bardzo ważna.

Co więcej,

trzeba bardzo ciężko pracować.

Powtarzam swoim studentom

by pracowali mądrze i ciężko.

To zdjęcie z trzeciej nad ranem.

Jeśli odwiedzicie laboratorium nocą,

spotkacie tam pracujących studentów,

nie kazałem im, ale tak dobrze się bawimy.

A to ostatnie zagadnienie.

Nie zapomnijcie dobrze się bawić.

To sekret naszego sukcesu. Za dobrze się bawimy.

Ludzie są najbardziej produktywni dzięki dobrzej zabawie.

Więc dobrze się bawimy.

Dziękuję bardzo.

(Brawa)