Καλημέρα.
Είμαι εδώ σήμερα για να μιλήσω
για αυτόνομες, ιπτάμενες μπάλες βόλεϊ.
Όχι -- Ευκίνητα ιπτάμενα ρομπότ σαν αυτό εδώ.
Θα ήθελα να σας μιλήσω λίγο για τις προκλήσεις στη δημιουργία τους
και για τις καταπληκτικές δυνατότητες
στην εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας.
Αυτά, λοιπόν, τα ρομπότ
σχετίζονται με τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη.
Παρόλα αυτά, τα μέσα που βλέπετε εδώ είναι μεγάλα.
Ζυγίζουν μερικά εκατοντάδες κιλά,
και δεν είναι επ' ουδενί ευκίνητα.
Δεν είναι καν αυτόνομα.
Για την ακρίβεια, πολλά από αυτά τα μέσα
ελέγχονται από πληρώματα ιπταμένων
που μπορεί να περιλαμβάνουν πολλούς πιλότους,
χειριστές αισθητήρων
και συντονιστές αποστολών.
Αυτό που μας ενδιαφέρει είναι η ανάπτυξη ρομπότ σαν αυτά
-- εδώ βλέπετε άλλες δύο φωτογραφίες --
εμπορικά ρομπότ για πώληση στο εμπόριο.
Αυτά, λοιπόν, είναι ελικόπτερα με τέσσερις έλικες
μεγέθους περίπου ενός μέτρου
και βάρους μερικών κιλών.
Τα εξοπλίζουμε με αισθητήρες και επεξεργαστές,
και αυτά τα ρομπότ μπορούν να πετάξουν εντός κτιρίων
χωρίς GPS.
Το ρομπότ που κρατάω στο χέρι μου
είναι αυτό,
και δημιουργήθηκε από δύο φοιτητές,
τον Άλεξ και τον Ντάνιελ.
Αυτό, λοιπόν, ζυγίζει λίγο παραπάνω
από 45 γραμμάρια.
Καταναλώνει ενέργεια περίπου 15 βατ.
Και, όπως μπορείτε να δείτε,
έχει διάμετρο περίπου 20 εκατοστά.
Επιτρέψτε μου, λοιπόν, μία γρήγορη επίδειξη
για πώς λειτουργούν αυτά τα ρομπότ.
Έχει, λοιπόν, τέσσερις έλικες.
Όταν οι έλικες περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα,
το ρομπότ αιωρείται.
Εάν αυξήσετε την ταχύτητα ενός έλικα,
τότε το ρομπότ σηκώνεται, επιταχύνει.
Φυσικά, εάν το ρομπότ πάρει κλίση,
σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο,
μετά θα επιταχύνει προς αυτή την κατεύθυνση.
Για να το κάνετε να γείρει, υπάρχουν δύο τρόποι.
Σε αυτή, λοιπόν, την εικόνα
μπορείτε να δείτε ότι ο τέταρτος έλικας περιστρέφεται ταχύτερα
και ο δεύτερος έλικας περιστρέφεται πιο αργά.
Και όταν συμβαίνει αυτό
υπάρχει ένα σημείο που αναγκάζει το ρομπότ να περιστραφεί.
Και αντίστροφα,
εάν αυξηθεί η ταχύτητα περιστροφής του τρίτου έλικα
και μειωθεί του πρώτου έλικα,
τότε το ρομπότ κινείται προς τα εμπρός.
Και, τέλος,
εάν περιστραφεί ένα αντιδιαμετρικό ζευγάρι έλικες
γρηγορότερα από το άλλο ζευγάρι,
τότε το ρομπότ περιστρέφεται στον κάθετο άξονα.
Έτσι, ένας ενσωματωμένος επεξεργαστής
ουσιαστικά ελέγχει τις κινήσεις που πρέπει να εκτελεστούν
και συνδυάζει αυτές τις κινήσεις
για να βρει ποιες εντολές πρέπει να στείλει στους έλικες
600 φορές το δευτερόλεπτο.
Αυτή είναι η βασική αρχή λειτουργίας του.
Έτσι, ένα από τα πλεονεκτήματα αυτού του σχεδιασμού
είναι, όταν κατεβαίνουμε κλίμακα,
ότι το ρομπότ φυσικά γίνεται ευέλικτο.
Εδώ η τιμή R
είναι το χαρακτηριστικό μήκος του ρομπότ.
Για την ακρίβεια, είναι το μισό της διαμέτρου.
Και υπάρχουν πολλές φυσικές παράμετροι που αλλάζουν
όσο μειώνεται το R.
Αυτή που είναι η πιό σημαντική
είναι η αδράνεια ή η αντίσταση στην κίνηση.
Αποδεικνύεται, λοιπόν,
πως η αδράνεια, που ρυθμίζει την γωνιακή κίνηση,
αυξάνει την τιμή του R στην πέμπτη δύναμη.
Όσο, λοιπόν, μικρότερη τιμή έχει το R,
τόσο πιο εντυπωσιακά μειώνεται η αδράνεια.
Έτσι, ως αποτέλεσμα, η γωνιακή επιτάχυνση,
που εδώ συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα άλφα,
γίνεται 1 προς R.
Είναι αντιστρόφως ανάλογη του R.
Όσο μικρότερη είναι, τόσο πιο γρήγορα γίνεται η περιστροφή.
Αυτό φαίνεται ξεκάθαρα στα βίντεο.
Κάτω δεξιά βλέπετε ένα ρομπότ
να κάνει μια περιστροφή 360 μοιρών
σε λιγότερο από μισό δευτερόλεπτο.
Πολλαπλές περιστροφές σε λίγο περισσότερο χρόνο.
Οι διεργασίες στην μητρική πλακέτα
παίρνουν πληροφορίες από επιταχυνσιόμετρα
και ενσωματωμένα γυροσκόπια
και υπολογίζουν, όπως είπα πριν,
600 εντολές το δευτερόλεπτο
για την σταθεροποίηση του ρομπότ.
Στα αριστερά, βλέπεται τον Ντάνιελ να πετάει το ρομπότ στον αέρα.
Και φαίνεται πόσο ομαλός είναι ο έλεγχος.
Με οποιονδήποτε τρόπο και να το πετάξετε,
το ρομπότ επανέρχεται και γυρίζει πίσω σε αυτόν.
Γιατί, λοιπόν, να φτιάξουμε τέτοια ρομπότ;
Λοιπόν, αυτά τα ρομπότ έχουν πολλές εφαρμογές.
Μπορείτε να τα στείλετε στο εσωτερικό κτιρίων σαν αυτό
ως τους πρώτους ανταποκριτές για να ψάξουν εισβολείς,
ίσως για έλεγχο βιοχημικών διαρροών,
διαρροών αερίων.
Μπορούν ακόμα να χρησιμοποιηθούν
σε εργασίες όπως η κατασκευαστική.
Εδώ τα ρομπότ μεταφέρουν δοκούς, υποστυλώματα
και συναρμολογούν κατασκευές που μοιάζουν με κύβο.
Θα σας πω για αυτό σε λίγο.
Τα ρομπότ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά φορτίων.
Ένα, λοιπόν, από τα προβλήματα με αυτά τα μικρά ρομπότ
είναι το ωφέλιμο φορτίο τους.
Μπορεί, λοιπόν, να θέλετε πολλαπλά ρομπότ
να μεταφέρουν φορτία.
Αυτή είναι μια φωτογραφία από ένα πρόσφατο πείραμα που κάναμε
για την ακρίβεια δεν είναι και τόσο πρόσφατο πια --
στην Σεντάι αμέσως μετά τον σεισμό.
Ρομπότ σαν και αυτά μπορούν να σταλούν σε γκρεμισμένα κτίρια
για εκτίμηση ζημιών μετά από φυσικές καταστροφές
ή να σταλούν σε κτίρια αντιδραστήρων
για την καταγραφή των επιπέδων ακτινοβολίας.
Έτσι, ένα βασικό πρόβλημα
που πρέπει να λύσουν τα ρομπότ, εάν τα θέλουμε αυτόνομα,
είναι η εξεύρεση ενός τρόπου
μετάβασης από το σημείο Α στο σημείο Β.
Αυτό αποτελεί μια μικρή πρόκληση,
γιατί η δυναμική αυτού του ρομπότ είναι αρκετά πολύπλοκη.
Για την ακρίβεια, ζουν σε ένα χώρο 12 διαστάσεων.
Χρησιμοποιούμε, λοιπόν, ένα μικρό τέχνασμα.
Παίρνουμε αυτόν τον κυρτό χώρο των 12 διαστάσεων
και τον μετατρέπουμε
σε έναν επίπεδο τετραδιάστατο χώρο.
Και αυτός ο τετραδιάστατος χώρος
αποτελείται από τους άξονες X, Y, Z και την γωνία εκτροπής.
Και αυτό που κάνει αυτό το ρομπότ
είναι να σχεδιάζει από που αποκαλούμε ελάχιστη διαδρομή.
Να σας θυμίσω από την Φυσική,
έχουμε την θέση, κατεύθυνση, ταχύτητα,
μετά την επιτάχυνση
και μετά έχουμε μια απότομη κίνηση
και μετά έρχεται η διαδρομή.
Αυτό, λοιπόν, το ρομπότ ελαχιστοποιεί τη διαδρομή.
Αυτό που πετυχαίνει
είναι να παράγει μια ομαλή και χαριτωμένη κίνηση.
Και αυτό το κάνει με το να αποφεύγει εμπόδια.
Αυτές, λοιπόν, οι ελάχιστες διαδρομές στον επίπεδο χώρο
μετατρέπονται ξανά και δίνονται πίσω
σε αυτόν τον πολύπλοκο χώρο των 12 διαστάσεων,
τις οποίες πρέπει να εκτελέσει το ρομπότ
για έλεγχο και μετά για εκτέλεση.
Επιτρέψτε μου να σας δείξω μερικά παραδείγματα
για το πώς είναι αυτές οι ελάχιστες τροχιές.
Και, στο πρώτο βίντεο,
βλέπετε ένα ρομπότ να πηγαίνει από το σημείο Α στο σημείο Β
μέσω ενός ενδιάμεσου σημείου.
Αυτό, λοιπόν, το ρομπότ είναι ικανό
να εκτελέσει οποιαδήποτε καμπύλη τροχιά.
Αυτές είναι κυκλικές τροχιές
όπου το ρομπότ δέχεται επιτάχυνση περίπου 2G.
Εδώ έχουμε κάμερες γενικής καταγραφής της κίνησης στην κορυφή
που ενημερώνουν το ρομπότ για τη θέση του 100 φορές το δευτερόλεπτο.
Επίσης, ενημερώνει το ρομπότ που είναι αυτά τα εμπόδια.
Και τα εμπόδια μπορεί να είναι κινούμενα.
Εδώ βλέπετε τον Ντάνιελ να πετάει μια στεφάνη στον αέρα,
ενώ το ρομπότ υπολογίζει τη θέση της στεφάνης
και προσπαθεί να προσδιορίσει πώς να περάσει με βέλτιστο τρόπο μέσα από αυτήν.
Σαν ακαδημαϊκοί,
έχουμε μάθει να πηδάμε μέσα από στεφάνες ώστε να μαζέψουμε χρήματα για τα εργαστήριά μας
και μαθαίνουμε και στα ρομπότ μας να κάνουν το ίδιο.
(Χειροκρότημα)
Κάτι άλλο που μπορεί να κάνει το ρομπότ
είναι να θυμάται τμήματα της πορείας του
που μαθαίνει ή έχει προγραμματιστεί.
Εδώ, λοιπόν, βλέπετε ένα ρομπότ
να συνδυάζει μια κίνηση
που χτίζεται δυναμικά
και μετά αλλάζει προσανατολισμό και μετά επανέρχεται.
Πρέπει να το κάνει αυτό, γιατί αυτό το κενό στο παράθυρο
είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το πλάτος του ρομπότ.
Όπως όταν ένας καταδύτης στέκεται στο βατήρα
και μετά πηδάει από αυτόν για να αποκτήσει ορμή,
και μετά κάνει αυτή την πιρουέτα, την δυόμιση περιστροφών
και μετά επανέρχεται με χάρη.
Αυτή είναι η βασική λειτουργία του ρομπότ.
Γνωρίζει πως να συνδυάσει μικρά κομμάτια από τροχιές
για να κάνει αυτές τις αρκετά δύσκολες διαδρομές.
Ας αλλάξουμε θέμα.
Ένα από τα μειονεκτήματα αυτών των μικρών ρομπότ είναι το μέγεθός τους.
Και, όπως σας είπα νωρίτερα,
μπορεί να θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε πάρα πολλά ρομπότ
για να υπερβούμε τους περιορισμούς του μεγέθους.
Έτσι, μια δυσκολία
είναι πώς συντονίζεις όλα αυτά τα ρομπότ;
Εδώ, λοιπόν, εξετάσαμε τι συμβαίνει στη φύση.
Θέλω, λοιπόν, να σας δείξω ένα βίντεο
με αυστραλιανά μυρμήγκια της ερήμου
στο εργαστήριο του καθηγητή Στίβεν Πρατ όπου μεταφέρουν ένα αντικείμενο.
Για την ακρίβεια αυτό είναι ένα κομμάτι σύκου.
Για την ακρίβεια, οτιδήποτε είναι επικαλυμμένο με χυμό σύκου
τα μυρμήγκια θα το μεταφέρουν στη φωλιά.
Αυτά, λοιπόν, τα μυρμήγκια δεν έχουν κάποιον κεντρικό συντονιστή.
Νιώθουν τους γείτονές τους.
Δεν υπάρχει σαφής επικοινωνία.
Αλλά, λόγω του ότι νιώθουν τους γείτονές τους,
και επειδή νιώθουν το αντικείμενο,
έχουν σαφή συντονισμό μέσα στην ομάδα.
Τέτοιου είδους συντονισμό
θέλουμε να έχουν τα ρομπότ μας.
Έχουμε, λοιπόν, ένα ρομπότ
που περιτριγυρίζεται από γείτονες
και ας δούμε τα ρομπότ I και J --
αυτό που θέλουμε τα ρομπότ να κάνουν
είναι να παρακολουθούν τις αποστάσεις μεταξύ τους
καθώς πετούν σε σχηματισμό.
Και θέλουμε να είμαστε σίγουροι
ότι αυτές οι αποστάσεις είναι μέσα σε αποδεκτά όρια.
Ξαναλέω, τα ρομπότ ελέγχουν αυτό το σφάλμα
και υπολογίζουν τις εντολές ελέγχου
100 φορές το δευτερόλεπτο,
που μετά μεταφράζονται στον ρότορα σε 600 φορές το δευτερόλεπτο.
Αυτό, λοιπόν, πρέπει να γίνεται
με έναν αποκεντρωτικό τρόπο.
Ξανά, εάν έχετε πάρα πολλά ρομπότ,
είναι αδύνατος ο κεντρικός συντονισμός όλης αυτής της πληροφορίας
τόσο γρήγορα ώστε τα ρομπότ να εκτελέσουν το έργο.
Συν το ότι τα ρομπότ πρέπει να βασίζουν τις ενέργειές τους
μόνο στις τοπικές πληροφορίες,
τι νιώθουν από τους γείτονές τους.
Και, τέλος,
επιμένουμε ότι τα ρομπότ πρέπει να είναι αδιάφορα
για το ποιοι είναι οι γείτονές τους.
Είναι αυτό που ονομάζουμε ανωνυμία.
Αυτό, λοιπόν, που θέλω να σας δείξω
είναι ένα βίντεο
από 20 τέτοια μικρά ρομπότ
που πετούν σε σχηματισμό.
Παρακολουθούν την κίνηση των διπλανών τους.
Διατηρούν τον σχηματισμό.
Ο σχηματισμός μπορεί να αλλάξει.
Μπορεί να είναι επίπεδοι σχηματισμοί,
μπορεί να είναι τρισδιάστατοι σχηματισμοί.
Όπως μπορείτε να δείτε εδώ,
μεταπίπτουν από έναν τρισδιάστατο σε έναν επίπεδο σχηματισμό.
Και για να πετάξουν μέσα από αντικείμενα
μπορούν να προσαρμόσουν τους σχηματισμούς στον αέρα.
Ξαναλέω ότι, αυτά τα ρομπότ ήρθαν πολύ κοντά μεταξύ τους.
Όπως μπορείτε να δείτε σε αυτή την πτήση σχήματος "8",
πλησιάζουν σε απόσταση εκατοστών το ένα από το άλλο.
Και παρά τις αεροδυναμικές αλληλεπιδράσεις
από τους έλικες,
μπορούν να διατηρήσουν σταθερή πτήση.
(Χειροκρότημα)
Από τη στιγμή που ξέρουν πως να πετάξουν σε σχηματισμούς,
μπορούν να σηκώσουν αντικείμενα συνεργατικά.
Αυτό μας δείχνει
πως μπορούμε να διπλασιάσουμε, τριπλασιάσουμε, τετραπλασιάσουμε
τη δύναμη των ρομπότ
απλά σχηματίζοντας ομάδες με γείτονες, όπως μπορείτε να δείτε εδώ.
Ένα από τα μειονεκτήματα αυτού είναι,
καθώς ανεβαίνουμε κλίμακα.
εάν έχουμε πολλά ρομπότ που μεταφέρουν το ίδιο αντικείμενο,
έχετε στην ουσία αποτελεσματική αύξηση της αδράνειας,
και επομένως πληρώνουμε το τίμημα: δεν είναι τόσο ευκίνητα.
Αλλά κερδίζετε σε ωφέλιμο φορτίο.
Μία άλλη εφαρμογή που θέλω να σας δείξω
ξανά από το εργαστήριό μας.
Η εργασία αυτή έχει γίνει από τον τελειόφοιτο Κουέντιν Λίντσεϊ.
Ο αλγόριθμός του στην ουσία λέει σε αυτά τα ρομπότ
πως να χτίσουν αυτόνομα
κυβικές κατασκευές
από μικές σανίδες.
Ο αλγόριθμός του λέει στο ρομπότ
ποιο μέρος να σηκώσει,
πότε και που να το τοποθετήσει.
Σε αυτό το βίντεο βλέπετε
-- είναι επιταγχυμένο κατά 10 - 14 φορές --
βλέπετε τρεις διαφορετικές κατασκευές να χτίζονται από αυτά τα ρομπότ.
Επαναλαμβάνω, όλα είναι αυτόνομα
και το μόνο που πρέπει να κάνει ο Κουέντιν
είναι να τους δώσει ένα σχεδιάγραμμα
αυτού που θέλει να κατασκευάσει.
Όλα αυτά τα πειράματα που είδαμε μέχρι στιγμής,
όλες αυτές οι παρουσιάσεις,
έχουν γίνει με τη βοήθεια συστήματων καταγραφής κίνησης.
Τι γίνεται όμως εάν αφήσουμε το εργαστήριο
και πάμε έξω στον πραγματικό κόσμο;
Και τι γίνεται όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο GPS;
Αυτό, λοιπόν, το ρομπότ
είναι εξοπλισμένο με μία κάμερα
και ένα τηλέμετρο λέιζερ, σαρωτή λέιζερ.
Και χρησιμοποιεί αυτούς τους αισθητήρες
για να χαρτογραφήσει το περιβάλλοντα χώρο.
Αυτός ο χάρτης αποτελείται από χαρακτηριστικά
-- όπως εισόδους, παράθυρα,
ανθρώπους, έπιπλα --
και μετά υπολογίζει που βρίσκεται
σε σχέση με αυτά τα χαρακτηριστικά.
Δεν υπάρχει, λοιπόν, ένα παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων.
Το σύστημα συντεταγμένων καθορίζεται σε σχέση με το ρομπότ,
που βρίσκεται και προς τα που έχει στραφεί.
Και πλοηγείται σε σχέση με αυτά τα χαρακτηριστικά.
Θέλω να σας δείξω ένα απόσπασμα
από αλγόριθμους που ανέπτυξε ο Φράνκ Σεν
και ο καθηγητής Νέιθαν Μάικλ
που δείχνει αυτό το ρομπότ να μπαίνει σε ένα κτίριο για πρώτη φορά
και να δημιουργεί τον χάρτη επιτόπου.
Έτσι, το ρομπότ βρίσκει ποια χαρακτηριστικά υπάρχουν.
Δημιουργεί τον χάρτη.
Βρίσκει τη θέση του σε σχέση με τα χαρακτηριστικά
και μετά εκτιμά την θέση του
100 φορές το δευτερόλεπτο
επιτρέποντάς μας να χρησιμοποιήσουμε τους αλγορίθμους ελέγχου
που σας περιέγραψα νωρίτερα.
Στην ουσία το ρομπότ παίρνει εντολές
εξ' αποστάσεως από τον Φράνκ.
Αλλά το ρομπότ μπορεί επίσης να υπολογίσει
που να πάει από μόνο του.
Υποθέστε, λοιπόν, ότι πρέπει να το στείλω σε ένα κτίριο
που δεν έχω ιδέα πώς είναι,
μπορώ να ζητήσω στο ρομπότ να μπει μέσα,
να δημιουργήσει έναν χάρτη
και μετά να επιστρέψει και να μου πει πώς είναι το κτίριο.
Εδώ, λοιπόν, το ρομπότ όχι μόνο λύνει το πρόβλημα,
του πώς να πάω από το σημείο Α στο σημείο Β του χάρτη,
αλλά βρίσκει
ποιο είναι το καλύτερο σημείο Β κάθε φορά.
Στην ουσία γνωρίζει που να πάει
για να βρει σημεία που έχουν την μικρότερη πληροφορία.
Με αυτόν τον τρόπο συμπληρώνει τον χάρτη.
Θα ήθελα να σας αφήσω
με μια τελευταία εφαρμογή.
Και υπάρχουν πολλές εφαρμογές για αυτή την τεχνολογία.
Είμαι καθηγητής και είμαστε παθιασμένοι με την εκπαίδευση.
Ρομπότ σαν αυτό μπορούν πραγματικά να αλλάξουν τον τρόπο
με τον οποίο διδάσκουμε την υποχρεωτική εκπαίδευση.
Αλλά, είμαστε στην Νότια Καλιφόρνια,
κοντά στο Λος Άντζελες,
οπότε θα πρέπει να τελειώσω
με κάτι σχετικό με την διασκέδαση.
Θέλω να κλείσω με ένα μουσικό βίντεο.
Θα ήθελα να σας παρουσιάσω τους δημιουργούς, Άλεξ και Ντάνιελ,
που έφτιαξαν αυτό το βίντεο
(Χειροκρότημα)
Πριν, λοιπόν, παρουσιάσω αυτό το βίντεο,
θέλω να σας πω ότι το δημιούργησαν τις τελευταίες τρεις μέρες
μόλις δέχθηκαν το τηλεφώνημα του Κρις.
Και τα ρομπότ που φαίνονται στο βίντεο
είναι πλήρως αυτόνομα.
Θα δείτε εννέα ρομπότ να παίζουν έξι διαφορετικά όργανα.
Και, φυσικά, φτιάχτηκε ειδικά για το TED 2012.
Ας το παρακολουθήσουμε.
(Μουσική)
(Χειροκρότημα)