Dennis Hong: Yedi robot türüm

TEDxNASA'da Dennis Hong, hepsi RoMeLa, Virginia Tech'deki ekibi tarafından hazırlanan -- futbol oynayan insani DARwIn, kayalıklara tırmanan CLIMBeR gibi -- her arazide çalışan, ödül kazanmış yedi robotunu tanıtıyor. Ekibinin inanılmaz teknik başarısının ardında yatan beş adet yaratıcı sırrı öğrenmek için sonuna kadar izleyiniz.

Anlatacağım ilk robotun adı: STriDER.

Uzun yazılışı: Özuyarımlı

Üç ayaklı Dinamik Deneysel Robot.

O üç ayaklı bir robot ve

doğadan esinlenildi.

Ama siz hiç doğada

üç ayaklı bir hayvan gördünüz mü?

Muhtemelen hayır. Peki neden buna

biyolojiden esinlenilmiş robot diyorum? Nasıl çalışır?

Ama bundan önce, popüler kültüre bakalım.

H.G. Wells'in "Dünyaların Savaşı" kitabını ve filmini bilirsiniz.

Ve burada gördüğünüz çok popüler bir

video oyunu.

Kurguda bu uzaylı yaratıkları, dünyayı tehdit eden

üç ayaklı robotlar olarak tanımlıyorlar.

Ama benim robotum, STriDER, böyle hareket etmiyor.

Bu bir gerçek dinamik simülasyon animasyonu.

Size robotun nasıl çalıştığını göstereceğim.

Vücudunu 180 derece döndürüyor.

Bir ayağını iki ayağının arasından sallayıp, düşüşü yakalıyor.

İşte böyle yürüyor. Fakat kendimize baktığımızda

insan, iki ayaklı yürüme,

yaptığınız böyle kas kullanarak ayağınızı kaldırıp,

robot gibi yürüme değil. Değil mi?

Yaptığınız aslında ayağınızı sallamak ve düşüşü yakalamak,

tekrar doğrul, salla ayağını ve düşüşü yakala.

Var olan dinamiğinizi kullanarak, vücudunuzun fiziğini,

aynen bir sarkaç gibi.

Biz buna pasif dinamik hareket konsepti diyoruz.

Doğrulurken yaptığınız,

potansiyel enerjiden kinetik enerjiye,

potansiyel enerjiden kinetik enerjiye.

Daimi bir düşüş işlemi.

Her ne kadar doğada buna benzeyen bir şey yoksa da,

biz gerçekten biyolojiden esinlendik

ve bu robota yürümenin prensiplerini

uyguladık, bu yüzden o biyolojiden esinlenilmiş bir robot.

Burada gördüğünüz, bizim bir sonra yapmak istediğimiz.

Bacakları bükmek ve uzun mesafe hareketi için fırlatmak istiyoruz.

Ayaklarını yere basıyor, Yıldız Savaşları'na benziyor.

Yere indiğinde, sarsıntıyı emiyor ve yürümeye başlıyor.

Burada gördüğünüz, bu sarı şey, ölüm ışını değil.

Bu sadece size, eğer kameralarınız veya farklı

türde sensörleriniz olsa

çünkü o uzun, 1.8 metre uzunluğunda,

çalı gibi şeylerin ötesini görebildiğinizi gösterebilmek için.

İki tane modelimiz var.

İlk model, arkadaki, o STriDER I.

Öndeki, küçük olan ise STriDER II.

STriDER I'de yaşadığımız problem

vücudunun çok ağır olmasıydı. Çok fazla motor vardı,

bilirsiniz, eklemleri hizalama ve o tür şeyler.

Bu yüzden mekanik bir işleyiş sentezlemeye kadar verdik,

bu sayede tüm motorlardan kurtulacak ve bir motorla

tüm hareketleri koordine edecektik.

Bu, mekatronik kullanmak yerine problemin mekanik bir çözümü.

Artık üst vücut, robotun laboratuvarda yürüyebileceği kadar hafif.

Bu ilk başarılı adımdı.

Halen mükemmel değil. Kahvesi yere dökülüyor,

daha yapacak çok işimiz var.

Tanıtmak istediğim ikinci robotun adı IMPASS.

Uzun yazılışı: Uyarılan Tekerlek Sistemli Akıllı Hareketlilik Platformu.

O, tekerlek-bacaklı melez bir robot.

Dışı olmayan bir tekerlek düşünün,

veya bir jant teli.

fakat teller göbekten ayrı ayrı girip çıkıyorlar. İşte o

tekerlek-bacaklı bir melez.

Kelimenin tam anlamıyla tekerleği yeniden

icat ediyoruz. Nasıl çalıştığını göstereyim.

Bu videoda duyarlı yaklaşma dediğimiz

bir yaklaşımı kullanıyoruz.

Sadece ayaktaki dokunsal sensörleri kullanarak,

değişken bir arazide yürümeye çalışıyor,

basılınca değişen yumuşak bir arazi.

Sadece dokunsal bilgiyle

bu tür arazilerden başarıyla geçiyor.

Ama, çok zorlu bir araziyle karşılaştığında,

bu durumda, bu engel robotun boyunun

üç katı yükseklikte,

Lazer uzaklıkölçer ve kamera sistemleri

kullanarak, engeli ve boyunu

belirlemek için önceden planlanmış bir moda geçiyor,

ve bu çok çok etkileyici hareketliliği göstermek için

ayakların hareketini dikkatlice planlıyor

ve koordine ediyor.

Muhtemelen hiç böyle bir şey görmemişsinizdir.

IMPASS adını verdiğimiz

son derece hareketli bir robot.

Ah, harika değil mi?

Arabanızı sürerken,

direksiyondayken, Ackermann adı verilen

direksiyon sistemini kullanırsınız.

Ön tekerlekler böyle döner.

Bu gibi küçük tekerlekli robotların çoğunda

diferansiyel yönlendirme denilen, sağ ve sol

tekerleklerin ters yöne döndüğü bir metot kullanılır.

IMPASS için çok çok farklı hareketler yapabiliriz.

Örneğin, bu durumda, her ne kadar sağ ve sol tekerlek tek dingille

birbirine bağlıysa da, aynı hız açısıyla dönüyorlar.

Biz basitçe bacağın yüksekliğini değiştiriyoruz.

Bu da çapı etkiliyor, ve o sola dönüyor, sağa dönüyor.

İşte bunlar IMPASS ile yapabildiğimiz

zarif şeylere birkaç örnek.

Bu robotun adı CLIMBeR,

Kablolu Bacaklı Akıllı Eşleştirme Davranışlı Robot

Birçok NASA JPL bilim insanıyla konuşuyorum,

JPL'de Mars gezginleriyle meşhurlar.

Bilim insanları ve jeologlar her daim bana

gerçekten ilginç bilimin, bilimce-zengin

yerlerin hep kayalıklarda olduğunu söylüyorlar.

Fakat mevcut gezginler oralara gidemiyor.

Bundan esinlenerek, yapısal kayalıklara

tırmanabilen bir robot yapmak istedik.

İşte bu CLIMBeR.

Peki ne yapıyor, üç ayağı var. Muhtemelen görmek zordur,

ama tepesinde bir vinç ve kablo var.

Ve ayağını koyacağı en uygun yeri bulmaya çalışıyor.

Ve onu bulur bulmaz,

eş zamanlı olarak, güç dağılımını hesaplıyor.

Yüzeye ne kadar güç uygulamalı ki

devrilmesin ve kaymasın.

Onu dengelediği an, ayağını kaldırır,

ve vinçle birlikte bu tür şeylere tırmanabilir.

Ayrıca arama kurtarma uygulamaları için.

Beş sene önce yazın gerçekten NASA JPL'de

fakülte üyesi olarak çalıştım.

LEMUR adı verilen altı ayaklı bir robotları vardı.

Bu aslında ona dayalı. Bu robotun adı MARS,

Çok Uzantılı Robotik Sistem. O altı ayaklı bir robot.

Uyarlamalı yürüyüş planlayıcımızı geliştirdik.

Orada aslında çok ilginç bir yük dağılımı var.

Öğrenciler eğlenmeyi sever. Ve burada yapısal olmayan

bir arazide yürürken görüyorsunuz.

Biçimsiz bir arazide yürümeye çalışıyor,

kumlu bölge,

fakat nem miktarı ve kum tanelerinin büyüklüğüne göre

ayağın toprağa batma modeli değişir.

Bu tür şeylerin üzerinden başarıyla geçmek için yürüyüşünü ayarlamaya çalışıyor.

Ayrıca, eğlenceli şeyler de yapıyor, tahmin edersiniz.

Laboratuvarımıza çok ziyaretçi geliyor.

Ziyaretçiler gelince MARS, bilgisayarın başına geçip

yazmaya başlıyor: "Merhaba, benim adım MARS."

Virginia Tech'teki RoMeLa,

Robotik Mekanizmalar Laboratuvarı'na hoşgeldiniz.

Bu robot bir amip robotu.

Bunun teknik detaylarına girecek zamanımız yok,

size sadece birkaç deney göstereceğim.

Bunlar, ilk yapılabilirlik deneylerinden bazıları.

Hareket etmesi için esnek deride potansiyel enerji saklıyoruz.

Veya ileri ve geri gitmesi için,

aktif gerilim kabloları kullanıyoruz. Onun adı ChIMERA.

Ayrıca, UPenn'den bazı bilim insanlarıyla ve

mühendislerle bu amip robotun

kimyasal yolla harekete geçen bir versiyonu

üzerinde çalışıyoruz.

Bir şeye bir şey yapıyoruz,

Ve tıpkı sihir gibi, o hareket ediyor. Damla.

Bu robot yeni projelerden biri. Adı RAPHaEL.

Havayla Çalışan Esnek Bağlı Robotik El.

Piyasada bir sürü zarif, çok iyi robotik eller var.

Sorun ise onların çok pahalı olması, onbinlerce dolar.

Protez uygulamaları için muhtemelen çok pratik değiller,

çünkü satın alınabilir değiller.

Çok farklı bir yönden bu sorunun üstesinden geleceğiz.

Elektrikli motorlar, elektromekanik çalıştırıcılar yerine

sıkıştırılmış hava kullanıyoruz.

Bu acayip çalıştırıcıları eklemler için geliştirdik.

Uyumludur. Sadece hava basıncını değiştirerek

gerçekten gücü değiştirebilirsiniz.

Ve gerçekten boş bir teneke kutuyu ezebilir.

Bu pişmemiş yumurta gibi çok hassas objeleri tutabilir

veya bu durumda bir ampülü.

En güzel tarafı ise, bu ilk modeli yapmak sadece 200 dolar tuttu.

Bu robot aslında yılan robotlar ailesinden,

adı HyDRAS.

Yüksek Serbestlik Dereceli Robotik Eklemli Yılankavi.

Bu, yapılara tırmanabilen bir robot.

Bu HyDRAS'ın kolu.

O, 12 serbestlik dereceli robotik bir kol.

Ama harika tarafı kullanıcı arayüzüdür.

Şurdaki kablo, optik fiber bir kablodur.

Bu öğrenci, muhtemelen ilk kez kullanıyor,

ama onu çok farklı şekillerde hareket ettirebiliyor.

Örneğin Irak'ta, bilirsiniz, savaş bölgesi,

yol kenarı bombaları var. Şu anda kolu olan

uzaktan kumandalı araçları yolluyorsunuz.

Öyle karmaşık bir kolu çalıştırmak için,

birini eğitmek çok zaman alıyor ve çok pahalı.

Bu durumda ise çok sezgisel.

Bu öğrenci, muhtemelen ilk kez kullanıyor, çok karmaşık yönlendirmeler yapıyor,

nesneleri kaldırıyor, hareket ettiriyor,

aynen böyle, çok sezgisel.

Bu robot şu anda bizim favorimiz.

Bu robot için bir fan kulübümüz var, adı DARwIn,

Dinamik İnsansı Akıllı Robot.

Bildiğiniz üzere, biz insansı robot ve

insansı yürümeyle çok ilgileniyoruz,

bu yüzden küçük bir insansı robot yapmaya karar verdik.

Bu 2004'teydi, o zamanlar

bu çok çok devrimsel bir gelişmeydi.

Bu daha çok bir yapılabilirlik çalışmasıydı,

ne tür motorlar kullanmalıyız?

Hatta mümkün mü? Ne tür kontroller yapmalıyız?

Bunun hiç sensörleri yok.

Açık döngülü bir denetim.

Muhtemelen bilenleriniz vardır, eğer hiç sensörleriniz yoksa

ve bozukluklar varsa, ne olacağını tahmin edersiniz.

(Gülüşmeler)

Bu başarının üstüne, ertesi sene

kinematikten başlayarak uygun bir

mekanik tasarım yaptık.

Ve böylece, 2005'te DARwIn doğdu.

Ayağa kalkıyor. Yürüyor, çok etkileyici.

Fakat yine de, gördüğünüz gibi,

bir kablosu var, göbek bağı. Bu yüzden, halen harici güç kaynağı ve

harici iletişim kullanıyoruz.

2006'da artık gerçekten eğlenme zamanı.

Biraz zeka verelim. İhtiyacı olan tüm işlemci gücünü verelim,

1.5 GHz Pentium M çip,

iki Firewire kamera, sekiz jiroskop, ivmeölçer,

ayakta dört dönme momenti sensörü, lityum bataryalar.

Ve artık DARwIn II tamamen özerk.

Uzaktan kumandalı değil.

Yular yok. Etrafına bakıyor, topu arıyor,

etrafına bakıyor, topu arıyor, futbol oynamaya çalışıyor,

özerk olarak, yapay zeka.

Nasıl yaptığına bakalım. Bu bizim ilk denememiz,

ve... Video: Gooolll!

Gerçekten RoboCup denilen bir yarışma var.

Kaçınız RoboCup'ı duydu bilmiyorum.

Uluslararası bir özerk robot futbol yarışması.

Ve RoboCup'ın hedefi, gerçek hedefi,

2050 yılında,

istiyoruz ki tam boyutlu, özerk insansı robotlar,

gerçek Dünya Kupası şampiyonlarına karşı futbol oynasın

ve kazansın.

Bu gerçek bir hedef, çok tutkulu bir hedef,

fakat biz gerçekten yapabileceğimize inanıyoruz.

Bu, Çin'de geçen sene.

Biz Birleşik Devletler'de insansı robot yarışmasında kalifiye

olan ilk takımdık.

Bu bu sene, Avusturya'daydı.

Birazdan aksiyonu göreceksiniz, üçe karşı üç,

tümüyle özerk.

İşte böyle. Evet!

Robotlar izliyor ve oynuyorlar,

takımlar kendi aralarında oynuyorlar.

Çok etkileyici. Bu gerçekten bir araştırma olayının,

daha heyecan verici bir yarışmaya dönüştürülmesidir.

Burada gördüğünüz, bu çok güzel

Louis Vuitton Kupası ödülü.

Bu en iyi insansı robot için

ve biz önümüzdeki sene bunu ilk kez Birleşik Devletler'e getirmeyi istiyoruz,

o yüzden bize şans dileyin.

Teşekkürler.

(Alkışlar)

DARwIn'in daha çok yetenekleri var.

O, geçen sene gerçekten Roanoke Senfoni Orkestrası'nın

tatil konserini yönetti.

Bu gelecek nesil robot, DARwIn IV,

daha akıllı, daha hızlı, daha güçlü.

Ve yeteneklerini göstermeye çalışıyor.

"Maçoyum, güçlüyüm."

Bazı Jackie Chan hareketleri de yapabiliyor.

Dövüş sanatları hareketleri.

(Gülüşmeler)

Ve yürüyüp gidiyor. İşte bu DARwIn IV,

tekrar, onu lobide görebileceksiniz.

Biz bunun Birleşik Devletler'de koşan ilk insansı robot

olacağına gerçekten inanıyoruz. O yüzden, bekleyin.

Pekala, size heyecan verici robotlarımızı işbaşında gösterdim.

Peki, başarımızın sırrı nedir?

Nereden buluyoruz bu fikirleri?

Bu fikirleri nasıl geliştiriyoruz?

Şehir ortamında sürebildiğimiz

tamamen özerk bir aracımız var. DARPA Şehir Yarışması'nda

yarım milyon dolar kazandık.

Ayrıca körler tarafından sürülebilen

dünyanın ilk aracını ürettik.

Biz ona kör sürüş düellosu diyoruz, çok heyecan verici

ve hakkında konuşmak istediğim diğer birçok robotik projesi.

Bunlar sadece 2007 güzünde robotik yarışlardan

ve o tür şeylerden kazandığımız ödüller.

Bizim gerçekten beş sırrımız var.

İlki, biz bu ilhamı nereden buluyoruz,

bu hayalgücü kıvılcımını nereden alıyoruz?

Bu gerçek bir hikaye, benim kişisel hikayem.

Geceleri, uyumaya gittiğimde, sabahın 3 veya 4'ü,

Uzanırım, gözlerimi kaparım ve bu çizgileri, daireleri ve etrafta

dolanıp duran farklı şekilleri görürüm

ve bunlar bir araya gelir, bu tür mekanizmaları oluştururlar.

Ve, "Aha, işte bu harika." diye düşünürüm

Yatağımın hemen yanında bir not defteri tutarım,

bir günlük, üzerinde ışık, LED ışık olan, bir kalemle birlikte,

çünkü ışığı açıp eşimi uyandırmak istemem.

Gördüğüm her şeyi karalıyorum, bir şeyler çiziyorum,

ve uyuyorum.

Her gün sabahları,

günün ilk kahvesini içmeden önce,

daha dişlerimi fırçalamadan, defterimi açarım.

Çoğu zaman boştur,

bazen bir şeyler vardır, bazen işe yaramaz,

fakat çoğu zaman kendi el yazımı bile okuyamam.

Sabahın 4'ü, ne bekliyordunuz yani, değil mi?

Yazdığımı deşifre etmem gerekiyor.

Fakat bazen orada o dahice fikri görürüm,

ve o "buldum" anını yaşarım.

Doğruca ofisime gider, bilgisayarımın başına oturur,

bu fikirleri yazarım, bir şeyler çizerim

ve bir fikirler listesi tutarım.

Önermeler için çağrılar olduğunda

potansiyel fikirlerim ile problem

arasında bir eşleşme

bulmaya çalışırım, eğer eşleşme varsa bir araştırma önerisi yazarız,

araştırma fonunu alırız, işte araştırma programlarımızı böyle başlatırız.

Fakat sadece bir hayal gücü kıvılcımı yetersizdir.

Bu tür fikirleri nasıl geliştiriyoruz?

RoMeLa, Robotik Mekanizmalar Labaratuvarı'nda

bu fantastik beyin fırtınası oturumlarımız vardır.

Bir araya geliriz, problemler ve sosyal sorunlar

hakkında tartışırız ve konuşuruz.

Fakat başlamadan önce şu altın kuralı koyarız.

Kural şudur:

Kimse kimsenin fikirlerini eleştirmeyecek.

Hiç kimse hiçbir fikri eleştirmeyecek.

Bu önemlidir, çünkü çoğu zaman, öğrenciler,

başkalarının kendi düşünceleri ve fikirleri hakkında

ne düşüneceğinden çekinirler.

Bir kez bunu yaptığınızda, öğrenciler

inanılmaz bir şekilde açılırlar.

O kaçık, harika, delice parlak fikirleri bulurlar,

bütün oda yaratıcı enerjiyle dolup taşar.

Ve işte biz fikirlerimizi böyle geliştiririz.

Vaktimiz azalıyor, bahsetmek istediğim bir şey daha var.

Bilirsiniz, sadece bir parlak fikir ve onu geliştirme yeterli değildir.

Çok güzel bir TED anısı vardı,

Sanırım Sir Ken Robinson olmalı, değil mi?

Eğitim ve okulun yaratıcılığı nasıl

öldürdüğü hakkında konuştu.

Aslında, hikayenin iki yüzü var.

Dahice fikirler, yaratıcılık ve iyi bir

mühendislik sezgisi ile

yapabilecekleriniz sınırlıdır.

Geçiştirmenin ötesine gitmek isterseniz,

robotik hobisinin ötesine gitmek isterseniz

ve robotik biliminin esas düellolarını özenli

araştırmalarla ele almak için

bundan daha fazlasına ihtiyacımız var. Burada okul devreye girer.

Batman, kötü adamlara karşı,

onun alet kemeri var, kancası var,

farklı türde çeşit çeşit aleti var.

Biz robotikçiler, mühendisler ve bilim insanları için

bu aletler, bunlar aldığınız dersler ve kurslardır.

Matematik, diferansiyel denklemler.

Doğrusal cebir, fen bilimleri, fizik,

hatta bugünlerde, kimya ve biyoloji, gördüğünüz gibi.

Tüm bunlar ihtiyacımız olan aletler.

Ne kadar çok alet varsa, Batman için

kötülere karşı o kadar etkili dövüşme,

bizim için, büyük problemleri çözmek için daha fazla araç demektir.

Bu yüzden eğitim çok önemlidir.

Dahası, bu kadar değil,

sadece bu değil, ayrıca gerçekten çok, çok çalışmalısınız.

Hep öğrencilerime söylerim,

akıllıca çalışın, sonra çok çalışın.

Arkadaki bu resim, bu sabahın üçü.

Garanti veriyorum, laboratuvarımıza sabah 3'te 4'te gelseniz,

orada çalışan öğrencilerimiz vardır,

ben onlara söylediğim için değil, çok eğlenceli olduğu için.

Ki bu da son konuya geliyor.

Eğlenmeyi unutmayın.

Başarımızın sırrı gerçekten budur, biz çok eğleniyoruz.

İnanıyorum ki en fazla verimlilik, eğlendiğimiz zaman gerçekleşir.

Ve bizim de yaptığımız bu.

İşte böyle. Çok teşekkür ediyorum.

(Alkışlar)