-
Title:
Mojich sedem druhov robotov – a ako som ich vytvoril
-
Description:
Na TEDxNASA predstavuje Dennis Hong sedem ocenených robotov vhodných do všetkých terénov – rovnako ako humanoidný DARwin hrajúci futbal a CLIMBeR lezúci po útesoch – všetky postavil jeho tím v laboratóriu RoMeLa, vo Virginia Tech. Pozrite si až do konca, kde uvidíte päť tvorivých tajomstiev vedúcich k ich neuveriteľnému technickému úspechu.
-
Speaker:
Dennis Hong
-
Takže, prvý robot, o ktorom budem hovoriť sa volá STriDER.
-
Je to skratka z Samobudivý
-
Trojnohý Dynamický Experimentálny Robot.
-
Je to robot, ktorý má tri nohy,
-
čo je inšpirované prírodou.
-
Ale videli ste už niečo v prírode,
-
napríklad zviera, ktoré má tri nohy?
-
Pravdepodobne nie. Tak prečo hovorím,
-
že toto je biologicky inšpirovaný robot? Ako je to možné?
-
Najskôr sa ale pozrime na súčasnú kultúru.
-
Isto poznáte román a film "Vojna svetov" od H. G. Wells-a.
-
A tu vidíte veľmi populárnu
-
počítačovú hru.
-
V beletrii opisujú tieto mimozemské tvory
-
ako roboty s troma nohami, ktoré terorizujú Zem.
-
Ale môj robot, StriDER, sa nehýbe takto.
-
Toto je animácia skutočnej dynamickej simulácie.
¶
-
Ukážem vám, ako tento robot pracuje.
-
Pretočí svoje telo o 180 stupňov.
-
Prehodí svoju nohu pomedzi ostatné dve aby ustál pád.
-
Takže, takto chodí. Ale keď sa pozriete na nás,
-
ľudské bytosti, chodiace po dvoch nohách,
-
nerobíte to, že by ste použili sval
-
na zdvihnutie nohy a kráčali ako robot, však?
-
Vy vlastne vyhodíte nohu a ustojíte pád,
-
postavíte sa znova, znova prehodíte nohu a ustojíte pád.
-
Používate tak svoju vlastnú dynamiku, fyziku tela,
-
tak ako kyvadlo.
-
Nazývame to konceptom pasívne dynamického pohybu.
-
Čo robíte je, že keď sa postavíte,
-
premieňate potenciálnu energiu na kinetickú,
-
premieňate potenciálnu energiu na kinetickú.
-
Je to proces neustáleho padania.
-
Takže, aj keď v prírode neexistuje nič, čo vyzerá ako toto,
-
naozaj sme sa inšpirovali biológiou
-
a použili sme princípy chôdze
-
na tohto robota -- takže je to biologicky inšpirovaný robot.
-
Tu môžete vidieť, o toto sa snažíme ďalej.
¶
-
Chceme zohnúť všetky nohy a vymrštiť ich kvôli pohybu na diaľku.
-
Keď rozloží nohy, vyzerá to skoro ako Hviezdne vojny.
-
Keď pristane, pohltí náraz a začne kráčať.
-
To, čo vidíte tu -- tá žltá vec -- to nie sú lúče smrti.
-
To len ukazuje, že ak máte kamery
-
alebo iný druh senzorov,
-
pretože je to vysoké, je to vysoké 1,8 metra,
-
môžete vidieť ponad prekážky ako krovie a podobné veci.
-
-
Prvá verzia, v pozadí, to je STriDER I.
-
Ten vpredu, ten menší, to je STriDER II.
-
Problém, ktorý sme mali so STriDER-om I je,
-
že mal príliš ťažké telo. Mali sme veľa motorov,
-
veď viete, na vyrovnávanie kĺbov a podobné veci.
-
Tak sme sa rozhodli skĺbiť pohyblivý mechanizmus,
-
aby sme sa zbavili všetkých tých malých motorov, a aby sme dokázali
-
ovládať všetok pohyb jedným motorom.
-
Je to mechanické riešenie problému, namiesto mechanicko-elektronického.
-
Takže teraz je vrchné telo dostatočne ľahké, aby mohlo kráčať v laboratóriu.
-
Toto bol úplne prvý úspešný krok.
-
Stále nie je perfektný. Stále ešte padá,
-
takže máme ešte stále veľa práce.
-
Druhý robot, o ktorom chcem rozprávať sa volá IMPASS.
¶
-
Je to skratka pre Inteligentnú Pohyblivú Plošinu so Systémom Pohyblivých Špíc.
-
Je to robot kombinujúci kolesá a nohy.
-
Predstavte si koleso bez okraja --
-
len špice z kolesa.
-
Ale tie špice sa samostatne hýbu dnu a von z hriadeľa.
-
Takže je to kríženec kolesa a nohy.
-
Doslova znova vynaliezame koleso.
-
Predvediem vám, ako to funguje.
-
Takže v tomto videu využívame metódu,
-
ktorá reaguje na okolie.
-
Jednoducho používajúc dotykový senzor na nohe
-
sa robot snaží prekráčať meniaci sa terén,
-
mäkký terén, ktorí sa mení tam, kde robot zatlačí.
-
A len pomocou dotykových informácií
-
sa mu úspešne podarí prejsť týmto typom terénu.
-
Ale keď narazí na veľmi extrémny terén --
¶
-
v tomto prípade prekážku viac ako trikrát tak vysokú
-
ako je výška robota --
-
potom sa prepne do premýšľajúceho stavu
-
a použije laserový merací systém
-
a kamery, aby určil veľkosť a typ prekážky
-
a naplánuje si, starostlivo si naplánuje pohyb špíc,
-
a koordinuje ich, čím preukazuje
-
tento veľmi pôsobivý typ pohyblivosti.
-
Pravdepodobne ste ešte nevideli nič podobné.
-
Toto je robot s vysokou pohyblivosťou,
-
ktorého sme vyvinuli, nazývaný IMPASS.
-
No nie je to úžasné?
-
-
keď zabáčate, používate metódu
-
nazývanú Ackermanovo riadenie.
-
Predné kolesá sa otáčajú asi takto.
-
Väčšina tých malých robotov používa
-
metódu nazývanú rozdielové riadenie,
-
kedy sa pravé a ľavé koleso točia opačnými smermi.
-
IMPASS sa však dokáže pohybovať rôznymi spôsobmi.
-
Napríklad v tomto prípade, aj napriek tomu, že pravé a ľavé kolesu sú spojené
-
spoločnou osou a otáčajú sa rovnakou uhlovou rýchlosťou,
-
jednoducho zmeníme dĺžku špice.
-
Ovplyvní to polomer a následne sa otáča doľava alebo doprava.
-
Tak a toto je len zopár zaujímavých vecí,
-
ktoré dokáže IMPASS robiť.
-
Tento robot sa volá CLIMBeR,
¶
-
Káblový Robot s Končatinami Inteligentne Meniaci Správanie.
-
Rozprával som sa s množstvom vedcov z Laboratória raketových pohonov
-
v NASA -- oni sú slávni kvôli Mars roverom.
-
A tí vedci, geológovia mi stále vravia,
-
že najzaujímavejšia veda,
-
tie najzaujímavejšie miesta sú vždy v útesoch.
-
Ale dnešné rovery sa tam nedokážu dostať.
-
Takže inšpirovaní týmto sme chceli postaviť robota,
-
ktorý by dokázal vyliezť na členité útesy.
-
Takže, toto je CLIMBeR.
¶
-
Tak, tento robot má tri nohy. Pravdepodobne to ťažko vidno,
-
ale na vrchu má navijak a lano.
-
A snaží sa objaviť najlepšie miesto, kam položiť nohu.
-
A potom, keď na to príde,
-
v reálnom čase prepočíta rozloženie síl --
-
koľko sily potrebuje na prichytenie k povrchu tak,
-
aby sa nepotkol a nezošmykol.
-
Keď sa mu podarí stabilizovať posunutú nohu
-
potom s použitím navijaka dokáže preliezť takéto veci.
-
Je použiteľný aj na pátracie a záchranárske akcie.
-
Pred piatimi rokmi som pracoval v Laboratóriu raketových pohonov v NASA
¶
-
počas leta ako fakultný výskumník.
-
Oni už vtedy mali šesť-nohého robota nazývaného LEMUR.
-
Takže tento je ním inšpirovaný. Tento robot sa volá MARS
-
Robotický Systém s Množstvom Končatín. Je to šesť-nohý robot.
-
Vyvinuli sme prispôsobivý plánovač chôdze.
-
Máme na ňom veľmi zaujímavý náklad.
-
Študenti sa radi zabávajú. A tu ho môžete vidieť
-
chodiť cez neupravený terén.
-
Snaží sa kráčať po hrboľatom teréne,
-
po piesočných oblastiach,
-
ale to, či a koľko sa mu noha preborí závisí na momentálnej
-
vlhkosti okolia a na veľkosti zŕn piesku.
-
Takže sa snaží prispôsobiť chôdzu aby úspešne prešiel cez tieto oblasti.
-
A dokáže aj zopár zábavných vecí, to si viete predstaviť.
-
Do laboratória nám chodí veľa návštevníkov.
-
Keď návštevníci vojdú, MARS prikráča k počítaču
-
a začne písať "Ahoj, volám sa MARS."
-
Vitajte v laboratóriu RoMeLa,
-
Laboratóriu Robotických Mechanizmov vo Virginia Tech.
-
Toto je meňavkovitý robot.
¶
-
Nemáme síce čas ísť do technických podrobností,
-
ale ukážem vám zopár experimentov.
-
Toto je jeden z prvých praktických experimentov.
-
Uskladňujeme potenciálnu energiu v elastickej koži, aby sa mohol hýbať.
-
Alebo používame naťahovacie pružiny na pohyb
-
dopredu a dozadu. Nazýva sa ChIMERA.
-
Pracovali sme aj s vedcami a inžiniermi
-
z University of Pensylvania
-
a prišli sme s chemicky poháňanou verziou
-
tohto meňavkovitého robota.
-
Niečo tomu spravíme
-
a skoro zázračne sa to pohne. Ako vo filme Sliz.
-
Tento robot je veľmi nedávny projekt. Volá sa RAPHaEL.
¶
-
Robotická Ruka Poháňaná Vzduchom s Elastickými Väzmi.
-
Na trhu je veľa naozaj presných, veľmi dobrých robotických rúk.
-
Problém je, že sú príliš drahé -- desiatky tisícov dolárov.
-
Takže nie sú veľmi praktické na využite ako protézy,
-
alebo nie sú za prijateľnú cenu.
-
Chceli sme sa do tohto problému pustiť z iného pohľadu.
-
Namiesto elektrických motorov a elektromechanických ovládačov
-
používame stlačený vzduch.
-
Vyvinuli sme tieto nové ovládače kĺbov.
-
Je to výborné. Dokážete jednoducho zmeniť silu
-
len tým, že zmeníte tlak vzduchu.
-
A dokáže to rozpučiť prázdnu plechovku.
-
Dokáže zdvihnúť veľmi krehké objekty, napríklad surové vajce
-
alebo v tomto prípade žiarovku.
-
A to najlepšie -- stálo iba 200$ vyrobiť prvý prototyp.
-
Tento robot je vlastne rodinou hadích robotov,
¶
-
ktoré voláme HyDRAS,
-
Roboticky Artikulovaná Serpentína s Hyper-veľkým Stupňom voľnosti.
-
Je to robot, ktorý dokáže liezť na konštrukcie.
-
Toto je ruka HyDRASu --
-
robotická ruka s 12 stupňami voľnosti.
-
Ale najúžasnejšou časťou je užívateľské rozhranie.
-
Ten kábel tam, to je optické vlákno.
-
A študentka, pravdepodobne to používajúca prvýkrát,
-
to dokáže pohybovať rôznymi spôsobmi.
-
Tak napríklad v Iraku, vo vojnovej zóne,
-
sú cestné bomby. Teraz sa vyšlú
-
diaľkovo ovládané vozidlá s rukami.
-
Je naozaj časovo aj finančne náročné
-
vytrénovať operátorov ovládať túto komplikovanú ruku.
-
V tomto prípade je to veľmi intuitívne.
-
Tento študent robí, pravdepodobne na prvýkrát, veľmi zložitú manipuláciu --
-
dvíha a hýbe s objektmi --
-
len tak, úplne intuitívne.
-
Tak, toto je momentálne náš najslávnejší robot.
¶
-
Máme pre neho aj fan-klub -- robot DARwIn,
-
Dynamický Antropomorfný Robot s Inteligenciou.
-
Ako už viete, veľmi nás zaujímajú
-
humanoidné roboty, ľudské kráčanie,
-
a tak sme sa rozhodli postaviť malého humanoidného robota.
-
Toto bolo v roku 2004, v tom čase
-
to bolo niečo naozaj prelomové.
-
Bolo to skôr niečo ako štúdia uskutočniteľnosti --
-
aké motory treba použiť?
-
Je to vôbec možné? Ako ho budeme ovládať?
-
Tento robot nemá žiadne senzory.
-
Je to robot s riadením bez spätnej väzby.
-
Niektorí asi viete, že ak robot nemá žiadne senzory
-
a nastanú nejaké rozruchy z okolia, viete, čo sa stane.
-
(Smiech)
-
Takže na základe tohto úspechu sme o rok
¶
-
urobili náležitý mechanický dizajn,
-
začínajúc kinematikou.
-
A tak sa v roku 2005 zrodil DARwIn I.
-
Vie sa postaviť, kráčať. Veľmi pôsobivé.
-
Avšak stále, ako môžete vidieť,
-
má prívodný, pupočný kábel. Takže stále používame externý zdroj energie,
-
a externú výpočtovú silu.
-
A tak, v roku 2006, prišiel čas naozaj sa baviť.
¶
-
Dajme mu inteligenciu. Dáme mu všetku výpočtovú silu, ktorú potrebuje,
-
1,5 gigaherzový čip Pentium M,
-
dve kamery, osem gyroskopov, akcelerometer,
-
štyri otočné senzory na nohu, lítiové články.
-
A teraz je DARwIn II úplne samostatný.
-
Nie je ovládaný na diaľku.
-
Nie je priviazaný. Rozhliadne sa navôkol, hľadá loptu,
-
rozhliadne sa navôkol, hľadá loptu a snaží sa hrať futbal,
-
samostatne, umelá inteligencia.
-
Pozrime sa, ako sa mu darí. Toto bola naša úplne prvá skúška
-
a... Video: Gól!
-
Existuje vlastne súťaž s názvom RoboCup.
¶
-
Neviem, koľkí ste počuli o RoboCup-e.
-
Je to medzinárodná súťaž samostatných robotov vo futbale.
-
A cieľom RoboCup-u je, tým naozajstným cieľom,
-
aby v roku 2050, keď budeme
-
mať samostatných humanoidných robotov plnej veľkosti,
-
aby hrali futbal proti ľuďom, ktorí vyhrali Majstrovstvá sveta,
-
a aby vyhrali.
-
Je to skutočný cieľ. Je to veľmi ambiciózny cieľ,
-
ale naozaj veríme, že to dokážeme.
-
Takže toto je minulý rok v Číne.
¶
-
Boli sme úplne prvý tím z USA, ktorý sa zúčastnil
-
súťaže humanoidných robotov.
-
Toto je z tohto roku, z Rakúska.
-
Uvidíte, ako to išlo, traja proti trom,
-
úplne samostatní.
-
Tak vidíte. Áno!
-
Roboti sledujú a hrajú,
-
tímy hrajú proti sebe.
-
Je to veľmi pôsobivé. Je to vlastne výskumné akcia,
-
zabalená do vzrušujúcej súťažnej akcie.
-
A to, čo vidíte tu, je tá prekrásna
-
trofej "Louis Vuitton Cup".
-
Tak, toto je pre najlepšieho humanoida
-
a my by sme to chceli po prvý krát doniesť do USA,
-
na budúci rok, tak nám držte palce.
-
Ďakujem.
-
(Potlesk)
-
DARwIn má nadanie aj na mnoho iných vecí.
¶
-
Minulý rok dokonca dirigoval Symfonický Orchester Roanoke
-
na sviatočnom koncerte.
-
Toto je robot ďalšej generácie, DARwIn IV,
-
je múdrejší, rýchlejší, silnejší.
-
A snaží sa dať svoje schopnosti najavo.
-
"Som chlap, som silný."
-
Dokážem urobiť aj pohyby ako Jackie Chan,
-
manévre bojových umení.
-
(Smiech)
-
A teraz odchádza. Tak, toto je DARwIn IV,
-
a taktiež ho uvidíte vo vestibule.
-
Naozaj veríme, že toto bude úplne prvý bežiaci
-
humanoidný robot v USA. Takže nás sledujte aj ďalej.
-
Takže som vám ukázal niekoľko našich úžasných robotov.
¶
-
Aké je teda tajomstvo úspechu?
-
Kde chodíme na všetky tieto nápady?
-
Ako rozvíjame tento druh nápadov?
-
Máme úplne autonómne vozidlo,
-
ktoré dokáže ísť mestským prostredím. Vyhrali sme pol milióna dolárov
-
v súťaži DARPA (Agentúra pre výskum pokročilých obranných projektov).
-
Tak isto máme prvé vozidlo na svete,
-
ktoré dokáže riadiť slepec.
-
Voláme to súťaž slepých vodičov, veľmi vzrušujúce,
-
a mnoho, mnoho ďalších projektov, o ktorých chcem hovoriť.
-
Toto sú len ceny, ktoré sme vyhrali na jeseň 2007
-
za rôzne robotické súťaže a podobné veci.
-
V skutočnosti máme 5 tajomstiev.
¶
-
Prvým je inšpirácia --
-
kde získame tú iskru inšpirácie?
-
Toto je pravdivý príbeh, môj osobný príbeh.
-
V noci, keď idem do postele, okolo 3 - 4 ráno,
-
keď si ľahnem, zatvorím oči, tak vidím čiary a kruhy
-
a rôzne tvary poletovať okolo.
-
Tieto tvary sa poskladajú a sformujú akýsi mechanizmus.
-
A potom si pomyslím: "Ah, toto je super."
-
Takže hneď vedľa postele mávam zápisník,
-
denník, so špeciálnym perom so svetielkom, LED diódou,
-
pretože nechcem zapnúť svetlo a zobudiť manželku.
-
Takže všetko, čo vidím, si rýchlo poznamenám, nakreslím
¶
-
a idem spať.
-
Každý deň ráno,
-
prvá vec, ktorú urobím pred prvou šálkou kávy,
-
pred tým, ako si umyjem zuby, si otvorím zápisník.
-
Často je prázdny,
-
občas tam niečo je, občas je to na nič,
-
ale zvyčajne ani nedokážem prečítať svoj rukopis.
-
Však, veď boli 4 hodiny ráno, čo čakáte?
-
Takže musím dešifrovať, čo som napísal.
-
Ale niekedy tam vidím ten geniálny nápad
-
a prežívam chvíľu "Heuréka!"
-
Okamžite bežím do svojej domácej kancelárie, sadám za počítač,
-
zapisujem nápady, kreslím veci,
-
a vediem si databázu nápadov.
-
Takže, keď nám telefonujú s ponukami,
-
snažím sa nájsť zhodu medzi
-
potenciálnymi nápadmi
-
a problémom a ak nájdem zhodu, napíšeme návrh na výskum,
-
získame financie a tak rozbehneme výskumný program.
-
Ale len iskra inšpirácie nestačí.
¶
-
Ako rozvíjame tento druh nápadov?
-
V našom Laboratóriu Robotických Mechanizmov (RoMeLa)
-
máme fantastické brainstormingové porady.
-
Zídeme sa a diskutujeme o problémoch
-
a sociálnych problémoch a rozprávame sa o tom.
-
Ale než začneme, ujasníme si zlaté pravidlo.
-
Pravidlo je:
-
Nikto nekritizuje nápady ostatných.
-
Nikto nekritizuje žiadne názory.
-
Je to dôležité, pretože často sa študenti boja,
-
alebo sa cítia nesvoji kvôli tomu, čo si pomyslia ostatní
-
o ich názoroch a myšlienkach.
-
Takže ako náhle toto urobíte, je úžasné,
¶
-
ako sa študenti stanú zhovorčiví.
-
Majú také bláznivé úžasné neuveriteľné nápady
-
a celá miestnosť je nabitá kreatívnou energiou.
-
A takto rozvíjame naše nápady.
-
Nuž, dochádza nám čas a posledná vec, o ktorej chcem rozprávať je,
¶
-
že len iskra inšpirácie a jej rozvoj nie je dosť.
-
Bol tu významný TED moment,
-
myslím, že to bol Sir Ken Robinson, však?
-
Mal vystúpenie o tom, ako vzdelanie
-
a školy zabíjajú kreativitu.
-
Viete, v skutočnosti má tento príbeh aj druhú stranu.
-
Nie všetko sa dá dokázať
-
len pomocou geniálnych myšlienok,
-
kreativity a dobrej inžinierskej intuície.
-
Ak chcete viac ako sa len v niečom vŕtať,
-
ak chcete ísť ďalej ako je hobby-robotika
-
a naozaj sa pustiť do veľkých výziev robotiky
-
pomocou starostlivého výskumu,
-
potrebujete viac. A tu prichádza do hry škola.
-
Batman, bojujúci proti zloduchom,
¶
-
mal svoj úžasný opasok, mal svoj vyťahovací hák,
-
mal všemožné prístroje.
-
Pre nás, staviteľov robotov, inžinierov a vedcov,
-
sú tieto prístroje zadania a úlohy, ktoré máme v škole.
-
Matematika, diferenciálne rovnice.
-
Mám lineárnu algebru, vedu, fyziku,
-
dokonca ja dnes, chémiu a biológiu, ako ste videli.
-
Toto všetko sú nástroje, ktoré potrebujeme.
-
A čím viac nástrojov máte, tým efektívnejšie
-
bojuje Batman proti zloduchom,
-
a my máme tým viac nástrojov na riešenie veľkých problémov.
-
Takže vzdelanie je veľmi dôležité.
-
Taktiež, nie je to len o tom,
¶
-
taktiež musíte veľmi, veľmi tvrdo pracovať.
-
Vždy hovorím svojim študentom,
-
pracujte múdro, potom pracujte tvrdo.
-
Ten obrázok na pozadí, to sú 3 hodiny ráno.
-
Garantujem vám, ak prídete do laboratória o 3-4 ráno,
-
budú tam pracovať študenti,
-
nie preto, že som im to prikázal, ale preto, že sa veľmi dobre bavia.
-
Čo nás privádza k poslednej téme.
-
Nezabúdajte sa baviť.
-
To je skutočné tajomstvo nášho úspechu -- príliš dobre sa zabávame.
-
Naozaj verím, že najväčšia produktivita je, keď sa človek baví.
-
A presne to robíme.
-
Tak vidíte. Ďakujem veľmi pekne.
-
(Potlesk)