Şapte specii de robot

La TEDxNASA, Dennis Hong introduce şapte roboţi pentru toate terenurile, câştigatori de premii -- ca umanoidul, DARwln jucătorul de fotbal şi CLIMBeR ţinătorul-de-stânci -- toţi construţi de echipa lui la RoMeLa, Virginia Tech. Priveşte până la sfârşit să auzi cele cinci secrete de creaţie ale incredibilului succes tehnic al laboratorului său.

Deci, primul robot despre care voi vorbi se numeşte STriDER.

Înseamnă Robot de Sine-mişcător

Triped Dinamic Experimental.

Este un robot care are trei picioare,

ceea ce e inspirat din natură.

Dar aţi văzut ceva în natură

un animal care are trei picioare?

Pobabil că nu. Atunci de ce îl numesc

un robot inspirat de biologie? Cum ar funcţiona?

Dar înainte de asta, să ne uităm la cultura pop.

Deci, ştiţi cartea şi filmul Războiul Lumilor de H.G. Wells.

Şi ce vedeţi aici este un joc video

foarte popular.

În ficţiune descrie aceste creaturi extraterestre

sunt roboţi care au trei picioare şi terorizează Pământul.

Dar robotul meu, STriDER, nu se mişcă aşa.

Deci, asta este o simulare animată dinamică.

O să vă arăt cum funcţionează robotul.

Îşi roteşte corpul cu 180 de grade.

Îşi balansează un picior printre celelalte două pentru a prinde căderea.

Deci, aşa merge. Dar când te uiţi la noi

oamenii, mergători bipezi,

ce faceţi nu este de fapt folosirea unui muşchi

pentru a-ţi ridica piciorul şi a merge ca un robot. Nu?

Ce faceţi de fapt este că balansaţi un picior şi prindeţi căderea,

vă ridicaţi din nou, balansaţi piciorul şi prindeţi căderea.

Folosindu-vă de dinamica, fizica propriului corp,

exact ca un pendul.

Numim asta conceptul de locomoţie pasivo-dinamică.

Ce faceţi este, vă ridicaţi,

energie potenţială în energie cinetică,

energie potenţială în energie cinetică,

Este un proces constant de cădere.

Aşa că, chiar dacă nimic în natură nu arată aşa,

de fapt am fost inspiraţi de biologie

şi am aplicat principiile mersului

la acest robot, deci este un robot inspirat din biologie.

Ce vedeţi aici, asta e ce vrem să facem în viitor.

Vrem să strângem picioarele şi să-l aruncăm pentru mişcări de distanţă.

Şi îşi desfăşoară picioarele, e aproape ca in Star Wars.

Când aterizează, absoarbe şocul şi începe să meargă.

Ce vedeţi aici, această chestie galbenă, nu e o rază a morţii.

E doar pentru a arăta că dacă ai camere

sau diferite tipuri de senzori

pentru că e înalt, are 1.8 metri înălţime,

poţi vedea peste obstacole ca tufişuri şi altele.

Deci avem două prototipuri.

Prima ediţie, în spate, e STriDER I.

Cel din faţă, mai mic, e STriDER II.

Problema pe care am avut-o cu STriDER I e

că era prea greu în corp. Aveam atât de multe motoare,

ştiţi, aliniind încheieturile, lucruri de genul ăsta.

Deci, am decis să sintetizăm un mecanism mecanic

ca să putem renunţa la motoare, în afară de unul

cu care să coordonăm toate mişcările.

E o soluţie mecanică la o problemă, în loc să folosim mectronică.

Deci, cu asta, corpul e suficient de uşor ca să poată merge într-un laborator.

Ăsta a fost primul pas foarte de succes.

Încă nu este perfecţionat. Cafeaua îi cade,

aşa că mai avem încă mult de lucru.

Al doilea robot despre care vreau să vorbesc se numeşte IMPASS.

Stă pentru Platformă cu Mobilitate Inteligentă cu Sistem Activat cu Frână.

Deci, e un robot hibrid roată-picior.

Deci, gândiţi-vă la o roată fără margine,

sau o roată cu frână.

Dar frânele se mişcă individual în şi afară din ax.

Deci, e un hibrid roată-picior.

Pur şi simplu reinventăm roata aici.

Să vă demonstrz cum funcţionează.

Deci, în acest film folosim o abordare

numită abordare reactivă.

Doar folosind senzorii tactili de pe picior,

încearcă să meargă pe un teren mişcător.

un teren moale unde apasă şi schimbă.

Şi doar prin informaţia tactilă

reuşeşte să treacă peste aceste tipuri de teren.

Dar, când se întâlneşte cu un teren extrem,

în cazul acesta, obstacolul e de trei ori

înălţimea robotului,

atunci se schimbă pe un mod precaut,

unde foloseşte un căutător cu laser,

şi sisteme de cameră, pentru a identifica obstacolul şi mărimea lui,

şi plănuieşte, planifică cu grijă mişcarea frânelor,

şi le coordonează în aşa fel încât are acest

fel de mobilitate impresionantă.

Probabil că nu aţi văzut nimic asemănător.

Acesta este un robot de mare mobilitate

pe care l-am dezvoltat, numit IMPASS.

Ah! Nu e super?

Când îţi conduci maşina,

foloseşti o metodă

numită manevrabilitate Ackerman.

Partea din faţă a toţilor se roteşte aşa.

Pentru mulţi roboţi cu roţi mici

folosesc o metodă numită manevreabilitate diferenţială

în care roţile din dreapta şi din stânga se întorc în direcţii diferite.

Pentru IMPASS, putem face multe tipuri de mişcări.

Spre exemplu, în cazul ăsta, deşi roţile din stânga şi din dreapta sunt conectate

cu un singur ax, rotindu-se cu aceeaşi viteză.

Schimbăm doar lungimea frânelor.

Afectează diametrul şi se întoarce spre stânga sau dreapta.

Aşadar, aceastea sunt doar câteva exemple de chestii frumoase

pe care le putem face cu IMPASS.

Robotul acesta se numeşte CLIMBeR,

Robot cu Cablu-suspendat Membrat cu Comportament Adaptat Inteligent.

Deci, vorbeam cu mulţi oameni de ştiinţă de la NASA JPL,

la JPL sunt renumişi pentru maşinile pentru Marte.

Şi ei, şi geologii îmi spun mereu

că ştiinţa cea mai interesantă,

locurile care provoacă ştiinţa, sunt mereu stâncile.

Dar maşinile de până acum nu pot merge acolo.

Deci, inspiraţi de asta am vrut să construim un robot

care se poate căţăra într-un mediu ca o stâncă.

Deci, acesta e CLIMBeR.

Ce face, are trei picioare. E probabil greu să vedeţi,

Dar are un cric şi un cablu în vârf.

Şi încearcă să-şi dea seama care e locul cel mai bun să-şi pună piciorul.

Şi după ce-şi dă seama

calculează distribuţia forţei în timp real.

Cât de multă forţă are nevoie pentru a adera la suprafaţă

fără a se înclina şi fără a aluneca.

Odată ce-şi stabilizează asta îşi ridică un picior,

şi apoi cu cricul, se poate căţăra pe tipul acesta de lucru.

De asemena pentru aplicaţii de căutare şi salvare.

Acum cinci ani am lucrat la NASA JPL

în timpul verii ca bursier.

Şi deja aveau un robot cu şase picioare numit LEMUR.

Acesta e bazat pe acela. Acest robot se numeşte MARS,

Sistem Robotic cu Apendice Multiple. Deci, e un robot hexapod.

Ne-am dezvoltat propriul planificator adaptativ de mers.

Avem o sarcină utilă foarte interesantă aici.

Stundenţilor le place să se distreze. Şi aici puteţi vedea că

merge pe un teren nestructurat.

Încearcă să meargă pe terenul aspru,

porţiunea nisipoasă,

dar în funcţie de umezeală sau de mărimea firului de nisip,

modelul de scufundare al piciorului se schimbă.

Deci, încearcă să-şi adapteze mersul pentru a trece cu succes de asemenea lucruri.

Şi, de asemenea, face şi nişte lucruri amuzante, după cum vă imaginaţi.

Avem atât de mulţi vizitatori care ne vizitează laboratorul.

Şi, când vizitatorii vin, MARS merge la calculator,

începe să tasteze "Salut, numele meu e MARS,

bine aţi venit la RoMeLa,

Laboratorul de Mecanisme Robotice de la Virginia Tech.

Acest robot este un robot amibă.

Acum, nu avem suficient timp ca să intrăm în detalii tehnice,

Vă voi arăta doar câteva experimente.

Deci, astea sunt câteva dintre experimentele de fezabilitate d ela început.

Înmagazinăm energie potenţială în pielea elastică pentru a o face să se mişte.

Sau folosim o coardă cu tensiune activă pentru a-l face să se mişte

înainte şi înapoi. Se numeşte ChiMERA.

Am lucrat de asemenea cu câţiva oameni de ştiinţă

şi ingineri de la UPenn

pentru a ajunge la o versiune activată chimic

a acestui robot amibă.

Facem ceva cu ceva

şi ca prin minune, se mişcă. Picătura.

Acest robot e un proiect foarte recent. Se numeşte RAPHaEL.

Mână Robotică Acţionată de Aer cu Ligamente Elastice.

Sunt foarte multe mâini robotice foarte bune pe piaţă.

Problema e că sunt prea scumpe, zeci de mii de dolari.

Aşa că pentru aplicaţii de proteze nu sunt foarte practice,

pentru că sunt prea scumpe.

Am vrut să atacăm problema asta dintr-o altă direcţie.

În loc să folosim motoare electrice, adaptatori electromecanici,

folosim aer comprimat.

Am dezvoltat aceşti noi adaptatori pentru încheieturi.

Sunt maleabili. Poţi schimba forţa

schimbând pur şi simplu presiunea aerului.

Şi poate strivi o cutie goală de suc.

Poate ridica obiecte foarte delicate ca un ou nefiert,

sau, în acest caz, un bec.

Partea cea mai bună, primul prototip ne-a costat doar 200 de dolari.

Acest robot e de fapt o familie de roboţi şarpe

pe care îi chemăm HyDRAS,

Serpentină Articulată Robotic cu Hiper Grade-de-libertate.

E un robot care poate urca structuri.

Acesta e unul din braţele sale.

E un braţ robotic cu 12 grade de libertate.

Dar partea şmecheră e interfaţa.

Cablul de aici e o fibră optică.

Şi acest student, probabil folosindu-l pentru prima oară,

dar se poate articula în multe moduri diferite.

Deci, spre exemplu în Irak, ştiţi, zona de război

există bombe la marginea drumului. Acum trimitem aceste

vehicule controlate de departe, cu braţe.

Ia foarte mult timp şi e foarte scump

să înveţi un operator să opereze acest braţ complex.

În acest caz e faorte intuitiv.

Acest student, probabil folosindu-l pentru prima oară, face lucruri foarte complicate,

ridicând obiecte şi manipulându-le,

chiar aşa, foarte intuitiv.

Acum, acest robot e robotul nostru vedetă.

Avem de fapt un fan club al robotului DARwin,

Robot Dinamic Antropomorfic Cu Inteligenţă.

După cum ştiţi suntem foarte interesaţi

în roboţi umani, care merg ca oamenii,

aşa că am decis să construim un mic robot umanoid.

Asta a fost in 2004, la acea vreme

era ceva foarte, foarte revoluţionar.

Asta a fost mai mult un studiu de fezabilitate,

ce fel de motoare să folosim?

Este măcar posibil? Ce fel de comenzi ar trebui să facem?

Deci, acesta nu are nici un fel de senzori.

Deci, e o comandă în cerc deschis.

Pentru aceia dintre voi care probabil ştiu, dacă nu ai nici un senzor

şi e vreo perturbaţie, ştiţi ce se întâmplă.

(Râsete)

Deci, bazat pe acest succes, anul următor

am făcut designul mecanic aşa cum trebuie.

începând de la cinematică.

Aşa, DARwin s-a născut în 2005.

Stă în picioare. Merge, foarte impresionant.

Însă, după cum puteţi vedea,

are un cablu, un cordon ombilical. Folosim încă o sursă externă de energie,

şi control extern.

Deci, în 2006, acum chiar e timpul să ne distrăm.

Hai să-i dăm inteligenţă. I-am dat toată puterea de calcul de care are nevoie,

un cip Pentium de 1.5 gigahertz,

două camere Firewire, opt busole, accelerator,

patru senzori pe picior, baterii cu litiu.

Şi acum DARwin e complet autonom.

Nu e controlat de la distanţă.

Nu există funii. Se uită împrejur, caută mingea,

se uită împrejur, caută mingea, şi încearcă să joace fotbal,

în mod autonom, inteligenţă artificială.

Hai să vedem ce face. Acesta a fost prima noastră încercare,

şi... Film: Gol!

Deci, asta e o de fapt competiţie numită RoboCup.

Nu ştiu cât de mulţi dintre voi au auzit de RoboCup.

E o competiţie internaţională de fotbal pentru roboţi autonomi.

Şi scopul RoboCup, scopul actual este,

până în anul 2050

vrem să avem roboţi autonomi humanoizi, mărime naturală

jucând fotbal împotriva campionilor umani ai Cupei Mondiale

şi să câştige.

Este un scop real. E un scop foarte ambiţios,

dar credem cu adevărat că putem să o facem.

Deci, asta e anul trecut în China.

Am fost prima echipa din Statele Unite care s-a calificat

în competiţia de roboţi umanoizi.

Asta e anul acesta, în Austria.

Veţi vedea acţiunea, trei împotriva a trei,

complet autonomi.

Mergi. Da!

Roboţii urmăresc şi joacă,

se joacă între ei.

E foarte impresionant. E chiar un eveniment de cercetare

într-un eveniment competiţional mai captivant.

Ce vedeţi aici, este frumosul

trofeul Cupa Luis Vuitton .

Deci, asta e pentru cel mai bun umanoid,

şi am vrea să-l aducem prima dată în Statele Unite,

anul viitor, aşa că ţineţi-ne pumnii.

Mulţumesc.

(Aplauze)

DARwin are multe alte talente.

Anul trecut a condus Roanoke Symphony Orchestra

pentru concertul de sărbători.

Acesta e robotul de generaţie următoare, DARwin IV,

dar mai deştept, mai rapid, mai puternic.

Şi încearcă să-şi evidenţieze abilităţile.

"Sunt macho, sunt puternic."

Pot face şi nişte mişcari gen Jackie Chan

mişcări de arte marţiale.

(Râsete)

Şi merge mai departe. Deci, acesta e DARwinIV,

din nou, îl veţi putea vedea la intrare.

Credem cu putere că va fi primul robot umanoid

alergător din Statele Unite. Deci, staţi aproape.

Deci v-am arătat câţiva dintre roboţii noştri interesanţi la lucru.

Deci, care e secretul succesului nostru?

Cum ne vin aceste idei?

Cum le dezvoltăm?

Avem un vehicol complet autonom

care poate merge într-un mediu urban. Am câştigat jumătate de milion de dolari

în DARPA Urban Challenge.

Avem de asemenea primul vehicol

din lume care poate fi condus de orbi.

Îi spunem provocarea şofer orb, foarte interesant,

şi multe alte proiecte robotice despre care vreau să vorbesc.

Acestea sunt doar premiile pe care le-am câştigat în toamna anului 2007,

de la competiţii de robotică şi alte lucruri asemănătoare.

Deci, avem de fapt cinci secrete.

Primul este de unde ne vine inspiraţia,

de unde ne vine aceasta scânteie de imaginaţie?

Asta e o poveste adevărată, povestea mea.

Noaptea când merg la culcare, 3 sau 4 dimineaţa,

mă întind, închid ochii, şi văd aceste linii şi cercuri

şi diferite forme zburând în jur,

şi se adună şi formează aceste mecanisme.

Şi atunci mă gândesc, "Ah, asta e super."

Deci, chiar lângă pat ţin un caiet,

un jurnal, cu un pix special care are o lumină LED pe el,

pentru că nu vreau să aprind lumina şi să o trezesc pe soţia mea.

Deci, văd asta, mâzgâlesc tot, desenez lucruri,

şi merg la culcare.

În fiecare dimineaţă,

primul lucru pe care-l fac, înainte de prima cană de cafea,

înainte să mă spăl pe dinţi, îmi deschid caietul.

De multe ori e gol,

uneori am ceva, alteori e gunoi,

dar de cele mai multe ori nu-mi pot descifra scrisul.

Şi aşa, la 4 dimineaţa, la ce să te aştepţi, nu?

Deci, trebuie să descifrez ce-am scis.

Dar uneori văd această idee ingenioasă acolo,

şi am acest moment evrika.

Alerg direct la biroul de acasă, la calculator,

tastez ideile, schiţez lucruri,

şi păstrez o bază de date cu idei.

Deci, când avem aceste cereri de propuneri

încerc să găsesc o potrivire între

ideile mele potenţiale

şi problemă, dacă e o potrivire scriem o propunere de cercetare,

obţinem fondurile pentru cercetare, şi aşa ne începem programele.

Însă doar o scânteie de imaginaţie nu e suficient de bine.

Cum dezvoltăm aceste idei?

La laboratorul nostru RoMeLa, Laboratorul de Mecanisme Robotice,

avem aceste fantastice sesiuni de brainstorming.

Deci, ne adunăm şi discutăm despre probleme

şi probleme sociale şi vorbim despre ele.

Însă înainte să începem există o regulă de aur.

Regula este:

Nimeni nu critică ideile nimănui.

Nimeni nu critică nicio opinie.

Asta e important, pentru că de multe ori studenţii se tem

sau se simt inconfortabil despre ce cred alţii

despre opiniile şi gândurile lor.

Deci, odată ce facem asta, e uimitor

cum se deschid studenţii.

Au aceste idei super nebune strălucitoare,

toată sala e electrificată de energie creatoare.

Şi aşa ne dezvoltăm ideile.

Nu mai avem mult timp, vreau să vorbesc despre încă un lucru

ştiţi, o idee şi dezvoltarea nu sunt suficiente.

Era un moment TED,

cred că era Sir Ken Robinson, nu-i aşa?

A vorbit despre cum educaţia

şi şcoala omoară creativitatea.

Ei bine, de fapt sunt două părţi ale poveştii.

Deci, nu poţi face decât atât de mult

doar cu idei ingenioase

şi creativitate şi intuiţie inginerească.

Dacă vrei să faci mai mult decât o treabă de mântuială,

dacă vrei să mergi mai departe de a avea un hobby din robotică

şi vrei să ataci problemele majore ale roboticii

printr-o cercetare riguroasă

ai nevoie de mai mult de atât. Aici vine rolul şcolii.

Batman, luptându-se cu oamenii răi,

are cureaua cu unelte, are cârligul de agăţare,

are tot felul de drăcii.

Pentru noi roboticişti, ingineri şi oameni de ştiinţă,

aceste unelte sunt cursurile pe care le facem în şcoală.

Matematică, ecuaţii diferenţiale.

Am algebra lineară, ştiinţă, fizică,

chiar şi chimie şi biologie, după cum aţi văzut.

Acestea sunt unelte de care avem nevoie-

Deci, cu cât ai mai multe unelte, pentru Batman

cu atât va fi mai eficace în lupta sa,

pentru noi, mai multe unelte atacă aceste probleme mari.

Deci, educaţia e foarte importantă.

De asemenea, nu e despre asta,

ci trebuie să şi lucrezi foarte mult.

Deci, mereu le spun stundenţilor mei

munceşte deştept, apoi munceşte din greu.

Aceasta poză în spate e 3 dimineaţa.

Vă garantez că dacă veniţi la laboratorul nostru la 3, 4 dimineaţa

avem studenţi care lucrează acolo,

nu pentru că le spun, ci pentru că ne distrăm atât de tare.

Ceea ce mă aduce la ultimul subiect.

Nu uitaţi să vă distraţi.

Acesta e chiar secretul succesului nostru, ne distrăm atât de tare.

Cred cu tărie că cea mai mare productivitate o ai când te distrezi.

Şi asta e ce facem.

Asta e tot. Vă mulţumesc foarte mult.

(Aplauze)