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Title:
Minhas sete espécies de robô - e como os criamos
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Description:
No TEDxNASA, Dennis Hong apresenta sete robôs todo-terreno e vencedores de prêmios -- como o humanóide, jogador de futebol DARwin e o alpinista CLIMBeR -- todos construídos por seu time no RoMeLa, Virginia Tech. Assista até o final para ouvir os cinco segredos criativos para o incrível sucesso técnico de seu laboratório.
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Speaker:
Dennis Hong
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Pois bem, o primeiro robô de que vou falar é o chamado STriDER
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Que significa Robô Auto-excitado
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Tripé Dinâmico Experimental
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É um robô que tem três pernas,
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e que é inspirado pela natureza.
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Mas vocês já viram alguma vez na natureza
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um animal que tenha três pernas?
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Provavelmente não. Então, porque eu o chamo de
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um robô inspirado na biologia? Como ele poderia funcionar?
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Mas antes disso, vamos olhar a cultura pop.
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Vocês conhecem o livro e o filme Guerra dos Mundos de H.G. Wells.
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E o que vocês vêem aqui é um video game
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muito popular.
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Na ficção eles descrevem essas criaturas alienígenas
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como robôs de têm três pernas que aterrorizam a Terra.
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Mas meu robot, STriDER, não se move assim.
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Esta é animação da simulação dinâmica real.
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Eu vou mostrar a vocês como o robô funciona.
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Ele gira seu corpo 180 graus.
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Ele balança sua perna entre suas duas pernas para segurar a queda.
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Então, é assim que ele anda. Mas quando você olha para nós
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seres humanos, andando com dois pés,
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o que você está fazendo, você não está realmente usando um músculo
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para levantar sua perna e andar como um robô. Certo?
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O que você faz é, você realmente balança sua perna e segura a queda,
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levanta-se de novo, balança a perna e segura a queda.
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Usando sua dinâmica interna, a física de seu corpo,
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exatamente como um pêndulo.
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Nós chamamos esse conceito de movimentação dinâmica passiva.
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O que você faz, quando você se levanta, é transformar
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energia potencial em energia cinética,
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energia potencial em energia cinética.
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É um processo de queda constante.
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Então, apesar de não existir nada igual na natureza,
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nós realmente fomos inspirados pela biologia
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e aplicando os príncipios de caminhada
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a esse robô, assim esse é um robô inspirado pela biologia.
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O que você vê aqui, isto é o que queremos fazer em seguida.
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Nós queremos dobrar as pernas e lança-la para cima para um movimento de longo alcance.
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E ele solta as pernas, parece quase como Guerra nas Estrelas.
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Quando ele aterrisa, ele absorve o choque e começa a andar.
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O que você vê aqui, essa coisa amarela, isto não é um raio mortal.
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É apenas para mostrar que se você tiver câmeras
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ou diferentes tipos de sensores
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porque ele é alto, tem 1.8 metros de altura,
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você pode ver por cima dos obstáculos tais como arbustos e outras coisas.
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Então nós temos dois protótipos.
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A primeira versão, atrás, é o STriDER I.
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E o que está na frente, menor, é o STriDER II.
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O problema que tivemos com o STriDER I é
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que ele tinha muito peso no corpo. Nós tínhamos tantos motores,
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sabe, alinhando juntas, e esses tipos de coisas.
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Então, decidimos sintetizar um mecanismo mecânico
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e pudemos nos livrar de todos motores, e com apenas um motor
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nós coordenamos todos os movimentos.
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É uma solução mecânica para o problema, ao invés de usar mecatrônica.
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Aí, assim, a parte de cima do corpo é leve o suficiente para andar no laboratório.
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Este foi o primeiro passo com sucesso.
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Ele ainda não está perfeito. Seu café cai,
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por isso temos muito trabalho a fazer ainda.
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O segundo robô sobre o qual eu queria falar é o chamado IMPASS.
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Que significa Plataforma Móvel Inteligente com Sistema Atuador de Raios.
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É um robô híbrido de roda e perna.
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Imagine uma roda sem aro,
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ou uma roda de raios.
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Mas os raios movem-se individualmente para dentro e fora do cubo.
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É um híbrido de roda e perna.
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Nós estamos literalmente re-inventando a roda aqui.
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Deixe-me demonstrar como ele funciona.
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Nesse vídeo nós estamos usando uma abordagem
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chamada abordagem reativa.
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Usando simplesmente os sensores táteis nos pés,
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ele está tentando andar sobre um terreno que muda,
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um terreno macio que onde ele aperta, se modifica.
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E apenas pela informação tátil
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ele cruza com sucesso por sobre esses tipos de terreno.
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Mas, quando ele encontra um terreno muito extremo,
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nesse caso, esse obstáculo é mais de três vezes
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a altura do robô,
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Então ele muda para um modo deliberado,
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onde ele usa uma mira laser,
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e sistemas de câmera, para identificar o obstáculo e o tamanho,
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e ele planeja, planeja cuidadosamente o movimento dos raios,
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e o coordena de maneira que ele pode mostrar esse
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tipo de mobilidade muito muito impressionante.
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Vocês provavelmente não viram nada igual lá fora.
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Este é um robô de alta mobilidade
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que nós desenvolvemos, chamado IMPASS.
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Ah! Isso não é legal?
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Quando você dirige seu carro,
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quando você vira a direção, você usa um método
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chamado direção Ackermann.
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As rodas frontais giram assim.
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Para a maioria dos robôs com rodas pequenas
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eles usam um método chamado direção diferencial
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onde a roda esquerda e direita giram em direções opostas.
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Para o IMPASS, nós podemos fazer muitos muitos tipos diferentes de movimento.
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Por exemplo, neste caso, apesar das rodas esquerda e direita estarem conectadas
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com um eixo simples, rodando no mesmo ângulo de velocidade,
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Nós simplesmente mudamos o comprimento do raio.
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Isto afeta o diâmetro, e então ele vira para a esquerda, vira para a direita.
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Então, esses são apenas alguns exemplos das coisas habilidosas
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que podemos fazer com o IMPASS.
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Este robô é chamado CLIMBeR,
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Robô Imitador Inteligente de Comportamento com Membros Suspenso por Cabo.
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Eu conversei com vários cientistas do JPL na NASA,
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no JPL eles são famosos pelas sondas de Marte.
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E os cientistas, geologistas sempre me dizem
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que a ciência realmente interessante,
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os locais ricos para a ciência, estão sempre nas encostas.
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Mas os robôs atuais não conseguem chegar até lá.
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Então, inspirado por isso nós querermos construir um robô
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que possa escalar um ambiente de encosta estruturado.
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Portanto, este é o CLIMBeR.
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O que ele faz, ele tem três pernas. É provavelmente difícil de ver,
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mas ele tem um guincho e um cabo no topo.
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E ele tenta descobrir o melhor lugar para colocar seu pé.
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E então quando ele descobre
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ele calcula em tempo real a distribuição de força.
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Quanta força ele precisa exercer sobre a superfície
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para que ele não tropece e não escorregue.
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Quando ele estabiliza ele levanta um pé,
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e então com o guincho, ele pode escalar esse tipo de coisa.
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Para aplicações de busca e salvamento também.
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Há cinco anos atrás eu trabalhei no JPL da NASA
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durante o verão como um especialista.
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E eles já tinham um robô de seis patas chamado LEMUR.
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Este é realmente baseado naquele. Este robô é chamado MARS,
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Sistema Robôtico com Múltiplos-Apêndices. É um robô hexapode.
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Nós desenvolvemos nosso planejador de passo adaptativo.
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Nós temos na verdade uma carga muito interessante ali.
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Os estudantes gostam de se divertir. E aqui vocês podem ver que ele está
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andando sobre um terreno não estruturado.
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Ele está tentando andar no terreno irregular,
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área arenosa,
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mas dependendo da umidade ou do tamanho dos grãos de areia
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o modelo de afundamento do pé no solo se altera.
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Então, ele tenta adaptar seu passo para cruzar com sucesso esse tipo de coisas.
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E também, ele faz algumas coisas divertidas, como vocês podem imaginar.
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Nós recebemos tantos visitantes em nosso laboratório.
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Quando os visitantes chegam, o MARS anda até o computador,
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e começa a digitar "Olá, meu nome é MARS."
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Benvindo ao RoMeLa,
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o Laboratório de Mecanismos Robóticos da Virginia Tech.
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Este robô é um robô ameba.
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Nós não temos tempo para entrar nos detalhes técnicos,
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Eu vou apens mostrar a vocês algumas das experiências.
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Este é um dos primeiros testes de viabilidade.
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Nós armazenamos energia potencial na pele elástica para fazê-lo se mover.
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Ou usamos cordas de tensão ativa para fazê-lo se mover
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para frente e para trás. Ele é chamado de ChIMERA.
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Nós também trabalhamos com alguns cientistas
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e engenheiro da UPenn
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para inventarem uma versão acionada quimicamente
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deste robô ameba.
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Nós fazemos algo com alguma coisa
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e, como mágica, ele se move. A ameba.
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Este robô é um projeto bem recente. É chamado RAPHaEL.
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Mão Robôtica Movida a Ar com Ligamentos de Elástico.
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Há várias mão robóticas muito legais por aí no mercado.
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O problema é que elas são muito caras, dezenas de milhares de dólares.
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Então, para aplicações protéticas elas provavelmente não são muito práticas,
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pois não são acessíveis.
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Nós queríamos atacar esse problema de uma direção diferente.
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Ao invés de usar motores elétricos, atuadores eletromecânicos,
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nós usamos ar comprimido.
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Nós desenvolvemos esses novos atuadores para juntas.
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Ele é compatível. Você pode realmente mudar a força,
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simplesmente mudando a pressão do ar.
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E ele pode de fato amassar uma lata vazia de refrigerante.
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Ele pode pegar objetos muito delicados, como um ovo cru,
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ou, neste caso, uma lâmpada.
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A melhor parte, custou apenas $200 dólares para fazer o primeiro protótipo.
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Este robô é na verdade uma família de robôs cobra
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que nós chamamos de HyDRAS,
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Serpentina Articulada Robótica com Hiper Graus de Liberdade.
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Este é um robô que pode subir estruturas.
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Este é um braço da HyDRAS.
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É um braço robótico com 12 graus de liberdade.
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Mas a parte mais legal é a interface com o usuário.
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Aquele cabo ali, é uma fibra ótica.
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E essa aluna, provavelmente está usando pela primeira vez,
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mas ela pode articulá-lo de várias maneiras diferentes.
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Assim, por exemplo no Iraque, sabe, na zona de guerra,
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existem bombas ao largo das estradas. Hoje você envia esses
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veículos controlados remotamente que são armados.
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Isto toma muito tempo e é caro
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treinar o operador para usar esse braço complexo.
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Neste caso, é muito intuitivo.
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A aluna, provavelmente está usando pela primeira vez, e executando uma tarefa muito complexa de manipulação,
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pegando objetos e manipulando,
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desse jeito, muito intuitivo.
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Agora, este robó é atualmente a nossa estrela.
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Nós temos um fã clube para o robot DARwin,
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Robô Antropomórfico Dinâmico Com Inteligência.
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Como vocês sabem, nós estamos muito interessados em
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robôs humanóides, capazes de andar como humanos,
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por isso decidimos construir um pequeno robô humanóide.
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Isto foi em 2004, naquela época
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isto era algo realmente revolucionário.
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Isto foi tipo um estudo de viabilidade,
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que tipo de motores nós deveríamos usar?
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Isso é possível? Que tipo de controles deveríamos ter?
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Então, este não possui nenhum sensor.
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É um controle de circuito aberto.
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Para vocês que provavelmente já sabem, se você não tem nenhum sensor
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e existe algum distúrbio, vocês sabem o que acontece.
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(Risos)
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Baseado nesse sucesso, no ano seguinte
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nós fizemos o projeto mecânico adequado
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começando com a cinemática.
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E assim, DARwin I nasceu em 2005.
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Ele fica em pé. Ele anda, muito impressionante.
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Entretanto, ainda, como vocês podem ver,
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ele tem um cordão umbilical. Nós ainda estamos usando uma fonte de energia,
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e computação externa.
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Então, em 2006, agora é hora de se divertir de verdade.
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Vamos dar-lhe inteligência. Damos todo poder computacional de que precisa,
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um processador Pentium M de 1.5 gigahertz,
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duas cameras Firewire, oito giroscópios, acelerômetros,
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quatro sensores de torque no pé, baterias de lítio,
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E agora DARwin II é completamente autônomo.
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Ele não é controlado remotamente.
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Não há amarrações. Ele olha ao redor, procura pela bola,
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olha em volta, procura pela bola, e ele tenta jogar uma partida de futebol,
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autonomamente, inteligência artificial.
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Vamos ver como ele faz. Esta foi nossa primeira tentativa,
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and... Video: Gol!
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Existe uma competição chamada RoboCup.
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Eu não sei quantos de vocês já ouviram sobre a RoboCup.
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É uma competição internacional de futebol para robôs autônomos.
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E o objetivo da RoboCup, o objetivo real é,
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até o ano 2050
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nós queremos ter robôs humanóides, autônomos em tamanho real
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jogando futebol contra os campeões humanos da Copa do Mundo
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e vencer.
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É o objetivo de verdade. É bastante ambicioso,
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mas nós acreditamos de verdade que podemos fazê-lo.
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Esta é do ano passado na China,
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Nós fomos o primeiro time dos Estados Unidos que se qualificaram
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na competicão de robôs humanóides.
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Esta é desse ano na Áustria.
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Vocês vão ver a ação, três contra três,
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completamente autônomos.
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Lá vai. É isso aí!
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Os robôs rastreiam e jogam,
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times jogam entre si.
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É muito impressionante. Na verdade, este é um evento de pesquisa
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revestido por um evento competitivo bem emocionante.
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O que vocês vêem aqui, isto é o lindo
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troféu da Copa Louis Vuitton.
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Este é o melhor humanóide,
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e nós gostaríamos de trazer isto para os Estados Unidos pela primeira vez,
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no próximo ano, portanto desejem-nos sorte.
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Obrigado.
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(Aplausos)
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DARwin tem também vários outros talentos.
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Ano passado ele conduziu a Orquestra Sinfônica de Roanoke
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no concerto de feriado.
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Este é o robô de próxima geração, DARwin IV,
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mais inteligente, rápido, forte,
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E ainda tentando mostrar suas habilidades.
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"Eu sou macho, Eu sou forte."
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Eu também posso fazer alguns movimentos do Jackie Chan
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de arte marcial.
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(Risos)
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E ele sai caminhando. Este é DARwin IV,
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de novo, vocês poderão vê-lo no lobby.
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Nós realmente acreditamos que este vai ser o primeiro robô
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corredor humanóide nos Estados Unidos. Portanto, fiquem ligados.
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Certo, então eu mostrei a vocês alguns dos nossos robôs mais excitantes.
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E qual é o segredo do nosso sucesso?
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De onde nós tiramos essas idéias?
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Como nós desenvolvemos esse tipo de idéias?
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Nós temos um veículo totalmente autônomo
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que pode dirigir em um ambiente urbano. Nós ganhamos meio milhão de dólares
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no Desafio Urbano da DARPA.
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Nós também temos o primeiro veículo
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do mundo que pode ser dirigido por cegos.
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Nós o chamamos de o desafio do motorista cego, muito empolgante,
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e muito muitos outros projetos robóticos dos quais eu gostaria de falar.
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Esses são os prêmios que ganhamos no outono de 2007,
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em competições robóticas e coisas assim.
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Bem, nós temos cinco segredos.
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Primeiro é de onde tiramos inspiração,
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onde conseguimos esta faísca de imaginação?
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Esta é uma história real, minha história pessoal.
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À noite quando vou para a cama, 3 ou 4 da madrugada,
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eu deito, fecho meus olhos, e eu vejo essas linhas e círculos
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e diferentes formas flutuando ao meu redor,
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e elas se montam e elas formam esses mecanismos.
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E então eu penso "Ah isso é legal."
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Por isso, bem ao lado da minha cama eu deixo um caderno,
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um diário, com uma caneta especial que tem um luz nela, um LED,
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porque eu não quero ligar a luz e acordar minha esposa.
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Então, eu vejo isso, escrevo tudo, desenho coisas,
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e vou para a cama.
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Todo dia de manhã,
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a primeira coisa que faço antes da minha primeira xícara de café,
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antes de escovar meus dentes, eu abro o meu caderno.
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Muitas vezes ele está vazio,
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algumas vezes eu tenho algo lá que as vezes é lixo,
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mas a maioria das vezes eu nem consigo ler minha caligrafia.
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E então, 4 da madrugada, o que vocês esperavam, certo?
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Então, eu preciso decifrar o que eu escrevi.
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Mas as vezes eu vejo esta idéia engenhosa ali,
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e eu tenho esse momento eureka.
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Eu corro direto para meu escritório, sento no meu computador,
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e digito as idéias, eu faço esboços,
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e mantenho um banco de dados de idéias.
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Então, quando nós temos esses chamados por propostas
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eu tento encontrar uma associação entre as minhas
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idéias potenciais
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e o problema, se existe uma associação nós escrevemos uma proposta de pesquisa,
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conseguimos fundos para a pesquisa e é assim que iniciamos nossos programas de pesquisa.
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Mas apenas uma faísca de imaginação não é suficiente.
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Como nós desenvolvemos essas idéias?
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No nosso laboratório RoMeLa, o Laboratório de Mecanismos Robóticos,
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nós temos sessões fantásticas de brainstorming.
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Nós nos reunimos e discutimos sobre os problemas
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e problemas sociais e falamos sobre eles.
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Mas antes de começar nós definimos essa regra de ouro.
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A regra é:
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Ninguém pode criticar a idéia de ninguém.
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Ninguém critica qualquer opinião.
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Isto é importante, porque muitas vezes, os alunos, eles temem
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ou eles não se sentem à vontade com o que os outros podem pensar
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sobre suas opiniões e pensamentos.
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Então, uma vez que você estabeleça isso, é incrível
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como os alunos se abrem.
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Eles têm essas idéias malucas, legais, loucas, brilhantes,
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a sala inteira é eletrificada com energia criativa.
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E é assim que desenvolvemos nossa idéias.
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Bem, nós estamos ficando sem tempo, uma outra coisa que gostaria de falar é
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sabe, apenas uma fagulha de idéia e desenvolvimento ainda não é suficiente.
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Houve um grande momento no TED,
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eu acho que foi o Sir Ken Robinson, não foi?
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Ele deu uma palestra sobre como a educação
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e as escolas matam a criatividade.
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Bem, na verdade há dois lados nesta história.
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Há um limite para o que se pode fazer
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apenas com idéias engenhosas
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e criatividade e boa intuição de engenharia.
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Se você quer ir além de ficar fuçando,
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se você quer ir além de um hobby de robótica
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e realmente atacar os grandes desafios da robótica
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através de pesquisa rigorosa
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nós precisamos de mais. É aí que as escolas entram.
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O Batman, lutando contra os bandidos,
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ele tem esse cinto de utilidades, ele tem o seu gacho,
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tem vários tipos diferentes de apetrechos.
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Para nós roboticistas, engenheiros e cientistas,
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essas ferramentas, são os cursos e matérias que você aprende na sala de aula.
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Matemática, equações diferenciais.
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Eu tenho algebra linear, ciências, física,
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mesmo hoje em dia, química e biologia, como vocês viram.
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Essas são todas as ferramentas que precisamos.
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Assim, quanto mais ferramentas tiver, para o Batman
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mais efetivo ele será no combate aos bandidos,
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para nós, mais ferramentas para atacar esse tipo de grandes problemas.
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Assim, educação é muito importante.
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Ainda, não é sobre isso,
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somente isso, você também tem que trabalhar muito muito duro.
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Então, eu sempre digo a meus alunos
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trabalhe de forma inteligente e depois trabalhe duro.
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Essa foto aqui atrás é às 3 da madrugada.
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Eu garanto que se você vier ao nosso laboratório as 3, 4 da madrugada
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nós temos alunos trabalhando lá,
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não porque eu digo para eles virem mas porque nós estamos nos divertindo muito.
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O que leva ao último tópico.
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Não esqueça de se divertir.
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Este é o real segredo do nosso sucesso. Nós estamos nos divertindo muito.
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Eu acredito de verdade que a mais alta produtividade é conseguida quando você está se divertindo.
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E é isso que estamos fazendo.
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É isso aí. Muito obrigado.
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(Aplausos)
English [en]