صبح بخیر.
من اینجا هستم تا درباره پرواز مستقل و خودکار یک نوع توپ صحبت کنم.
نه، میخواهم درباره ربات پرنده و چالاکی مثل این یکی صحبت کنم.
من می خواهم کمی در مورد چالشهایی که در ساخت این (ربات) داشتیم
و برخی از فرصت های فوق العاده ای که برای استفاده از این فن آوری وجود دارد را به شما بگویم.
خُب این ربات با وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین مرتبط هستند.
اما وسایل نقلیه ای که شما در اینجا میبینید بزرگ هستند.
هزاران پوند وزن دارند، و به هیچ وجه چالاک و سریع نیستند.
حتی اونها مستقل و خودکار هم نیستند.
در حقیقت تعداد زیادی از این وسایل نقلیه توسط خدمه پرواز
که شامل چندین خلبان، اپراتورهای سنسورها و هماهنگ کنندگان ماموریت هستند، اداره می شوند.
چیزی که ما برای توسعه دادن این ربات‌ها به آن علاقمندیم---
این هم دو تصویر دیگه --
توسعه ربات‌هایی است که بتوان آنها را از مغازه‌ها خریداری کرد.
خب اینها هلیکوپترهایی چهار ملخه هستند
و تفریبا یک متر طول و چند پوند وزن دارند.
خُب ما سنسورهایی و پردازشگرهایی به این رباتها اضافه میکنیم،
و این رباتها میتوانند در محیط سرپوشیده بدون سیستم تعیین موقعیت جهانی GPS پرواز کنند.
رباتی که در دست من است یکی از آنهاست که توسط دو نفر از دانشجویان، آلکس و دنیل ساخته شده.
خُب این کمی بیشتر از یک دهم پوند وزن دارد.
و حدود ۱۵ وات برق مصرف میکند.
همانطور که می بینید، این حدود هشت اینج قطر داره.
اجازه دهید خیلی خلاصه به شما بگویم که این رباتها چکونه کار میکنند.
خُب این چهارتا ملخ داره.
اگر این ملخ‌ها را با سرعت یکسان بچرخانیم، رباتها در هوا شناور میشوند.
و اگر به سرعت هر یک از این ملخ‌ها بیافزائیم،
سپس این رباتها پرواز میکنند و شتابشان اضافه میشود.
البتهِ اگر رباتها کج شوند، و به طرف افق متمایل شوند،
سپس بدین جهت شتاب میگیره.
بنابر این برای اینکه این متمایل و سراشیب بشه، یکی از این دو شیوه برای انجام آن وجود داره.
خُب در این تصویر میبینید که ملخ چهارم سریع تر و ملخ دوم آهسته تر می چرخند.
و وقتی این اتفاق میافته این لحظه ای است که ربات دور خودش می چرخد.
و شیوه دیگر اینکه، اگر شما سرعت ملخ سوم را اضافه کنید
و سرعت ملخ شماره یک را کم کنید، سپس ربات به جلو می چرخد.
و نهایتا، اگر یک جفت از ملخ‌های روبرو را سریع تر از جفت دیگر بچرخانید،
سپس این ربات حول محور عمودی منحرف و متمایل میشود.
خُب یک پردازنده بر روی برد نگاه میکند که چه حرکتی برای انجام یک عمل نیاز است
و ترکیبی از این حرکتها و شکل‌ها را ۶۰۰ مرتبه در ثانیه به موتورهای فرمان ارسال میکنند.
اساسا این (ربات) به این شکل کار میکند.
خب یکی از مزیتهای این طراحی اینه که هنگامی که اندازه را کوچکتر میکنید رباتها بطور طبیعی سریع و چابک میشوند.
در اینجا R مشخصه طول یک ربات است.
که در واقع نصف قطر آن است.
در اینجا تعداد زیادی پارامترهای فیزیکی است وقتی که اندازه R کم میشود تغییر میکنند.
مهمترین آن اینرسی( تمایل به سکون) یا مقاومت در برابر حرکت است.
پس مشخص میشه اینرسی، که زاویه حرکت را کنترل میکنه،
با توان پنجم R تغییر اندازه میدهد.
بنابر این هرچه Rکوچکتری بسازید، بطور چشمگیری اینرسی ( تمایل به سکون)کاهش می یابد.
بنابراین یه عنوان نتیجه، شتاب زاویه ای، که با آلفای یونانی نشان داده شده متناسب با یک بر روی R است.
که رابظه معکوس با R دارد.
هرچه کوچکترآن را بسازید شما سریعتر میتوانید آن بچرخانید.
این موضوع در این ویدیوها کاملا مشهود است.
در پائین سمت راست یک ربات را میبینید که ۳۶۰ درجه در کمتر از نیم ثانیه میچرخد.
چند جانبه چرخیدن کمی زمان بیشتری میبرد.
پردازنده‌های روی برد الکترونیکی برای ایجاد ثبات در این ربات، در حال گرفتن بازخورد از شتاب سنج ها و ژیروسکوپ‌ها
و محاسبه آن اطلاعات هستند، همانطور که قبلا گفتم با سرعت ۶۰۰ بار در ثانیه.
خُب در سمت چپ، دنیل را میبینید که این ربات را به هوا پرتاب میکند.
و این به شما نشان میدهد که چگونه سیستم کنترل آن قدرتمند و قوی است.
مهم نیست که چگونه آن را پرتاب میکنید،
ربات (جهتش) را درست میکند و به طرف او برمیگردد.
خُب چرا رباتی مثل این ساخته میشود؟
رباتهایی مثل این کاربرد هایی بسیار زیادی دارند.
میتوان آنها را به ساختمان‌هایی مثل این فرستاد
برای اینکه ببینیم کسی بدون اجازه به آنها وارد شده یا نه،
یا شاید برای اینکه ببینیم مواد بیوشیمیایی یا گازی در آنجا نشت کرده یا نه.
همچنین میتوانید از آنها برای کارهای ساختمانی استفاده کنید.
خُب این رباتهایی هستد که تیرها و ستونها را حمل میکنند و سازه های مکعبی شکل میسازند.
کمی بیشتر راجع به این با شما صحبت میکنم.
رباتها میتوانند برای حمل کالا مورد استفاده قرار گیرند.
یکی از مشکلات با این رباتهای کوچک ظرفیت آنها برای حمل محموله است.
پس ممکنه که شما رباتهای متعددی برای حمل محموله لازم داشته باشید.
این تصویری از آزمایشیست که ما اخیرا انجام دادیم--
در واقع [این آزمایش] خیلی هم جدید نیست --
این مدت کوتاهی بعد از زلزله ساندی Sendai است
خُب رباتهایی مثل این را میتوان به داخل ساختمانهای فرو ریخته فرستاد
که خسارات بعد از بلایای طبیعی را ارزیابی کنند،
و یا به ساختمانهای راکتورها فرستاد تا سطح تشعشات رادیواکتیو را نقشه برداری کنند.
خُب یک مشکل بنیادی که رباتها باید حل کنند اینه که اگر اینها خودکارو مستقل باشند
باید اساسا بتوانند بفهمند که چگونه از نقطه A به نقطه B بروند.
از این رو این مسئله کمی سخت میشود زیرا ساختار حرکتی رباتها بسیار پیچیده است.
در حقیقت آنها در فضای دوازده بعدی حرکت میکنند.
خُب ما از یک ترفند کوچک استفاده کردیم.
ما این منحنی دوازده بعدی را گرفتیم و به فضای چهار بعدی مسطح تبدیل کردیم.
و این فضای چهار بعدی شامل محورهای X , Y, Z و زاویه انحراف (ربات) هستند.
خُب کاری که ربات میکنه چیزیست که ما به آن طراحی حداقل مسیر ضربه است.
برای اینکه فیزیک را به شما یادآوری کنم،
شما موقعیت، مشتق، سرعت و سپس شتاب وپس از آن تکان تند و سریع و بعد ضربه محکم را دارید.
ربات ضربه را به حداقل می رساند.
پس آنچه که به طور موثر انجام میدهد تولید یک حرکت آرام و دلپذیر است.
و از برخورد با موانع اجتناب میکند.
خُب اینها حداقل مسیر ضربه در این فضای مسطح هستند و سپس به فضای پیچیده ۱۲ بعدی تبدیل میشوند که ربات باید برای کنترل و انجام عملیات آنها را بکار گیرد.
خُب اجازه دهید چند نمونه از اینکه حداقل مسیر ضربه چیست را به شما نشان بدهم.
در ویدئو اول، شما رباتی را میبینید که از نقطه A به نقطه B از طریق نقطه میانی میرود.
خُب واضح است که ربات قادر به انجام مسیر منحنی است.
خُب اینها مسیرهای دایره ای هستند که ربات در حدود دوبرابر شتاب گرانش را تحمل میکند.
در اینجا شما دوربین های بالای سری که حرکتها را ضبط میکند را دارید که ۱۰۰بار درهر ثانیه به شما محل ربات را میگوید.
همچنین این به شما میگوید که محل موانع در کجاست.
و موانع می توانند در حرکت باشند.
در اینجا میتوانید ببینید که دانیل حلقه‌ها را به هوا پرتاب میکند،
و تلاش میکنند که بفهمند که بهترین مسیر برای عبور از حلقه ها کجاست.
خُب بعنوان یک دانشگاهی، ما همواره یاد گرفته‌ایم که برای جمع آوری منابع مالی برای آزمایشگاهایمان از روی موانع بپریم، و ما از رباتهایمان برای انجام این کار استفاده میکنیم.
( تشویق تماشاگران)
کار دیگری که این ربات میتوانند انجام دهد این است که به خاطر سپردن بخشی از مسیر است که یادگرفته و یا از قبل به آن برنامه داده شده.
خُب شما در اینجا شما ترکیب حرکت این ربات را میبینید که شتاب ایجاد میکند
و سپس تعییر جهت میدهد و دوباره به مسیر اول برمی گردد.
خُب این باید این کار بکند زیرا شکاف پنجره کمی از عرض ربات بیشتر است.
بنابراین درست مانند یک غواص در تخته شیرجه می ایستد و سپس برای به دست آوردن شتاب روی آن میپرد،
و بعد میچرخد، دو و نیم بار پشتک میزند و سپس به آرامی به وضعیت اول برمیگردد ،
این ربات اساسا این کار را انجام میدهد.
این میداند که چگونه بخش های حرکت را ترکیب کند تا این ماموریت نسبتا دشوار را انجام دهد.
خُب میخواهم موضوع را عوض کنم.
یکی از معایب این ربات‌های کوچک، اندازه آنهاست.
در قبلا عنوان کردم که ممکنه که ما بخواهیم تعداد زیادی ربات را بکار گیریم تا بر محدودیت اندازه آنها فایق آیم.
خُب یک مشکل اینه که چگونه تعداد زیادی از این رباتها را هماهنگ کنیم؟
ما به طبیعت نگاه میکنیم.
میخواهم یک ویدئو از مورچه ها ی صحرای آفانوسترو در آزمایشگاه پرفسور ایتیفان پرات را به شما نشان دهم که یک شی را حمل میکنند.
در واقع این یک تکه انجیر است.
در واقع مورچه‌ها هر چیزی رو که روش با آب انجیر پوشیده شده باشه رو به لانه میبرند.
این مورچه ها هیچ هماهنگ کنند مرکزی ندارند.
آنها همسایه ها یشان را احساس میکنند.
هیچ ارتباط صریح و روشنی وجود ندارد.
اما چونکه اونها همسایه گانشان را احساس میکنند
و چونکه اونها اشیاء را احساس میکنند،
آنها هماهنگی ضمنی در سراسر گروه دارند.
خُب این یه نوعی هماهنگیست که ما میخواهیم رباتهایمان داشته باشند.
بنابر این وقتی که یک ربات داریم که با همسایه هااحاطه شده--
اجازه دهید به ربات I و ربات J نگاه کنیم---
چیزی که میخواهیم رباتها انجام دهند
اینه که آنها در حالیکه در حال پرواز هستند، بر روی فاصله بین همدیگر نظارت داشته باشند.
و سپس باید اطمینان حاصل کرد که این جدایی و فاصله در سطح قابل قبول است.
خُب دوباره رباتها بر اشتباهاتشان نظارت میکنند و فرمانهای کنترلی را ۱۰۰ باردر ثانیه محاسبه میکنند،
که آنها به فرمان‌های مربوط به موتور با سرعت ۶۰۰ بار در ثانیه تبدیل میشوند.
این هم باید بصورت غیرمتمرکز انجام شود.
این نیز بصورت غیر متمرکز انجام میشود.
و دوباره اگر تعداد بسیار زیادی ربات داشته باشید،
این غیر ممکنه که همه این اطلاعات را بصورت مرکزی و با سرعت کافی هماهنگ کنید بطوری که که رباتها وظیفه شان را انجام دهند.
علاوه بر این روبات ها باید مبنای عملیات خود را تنها بر روی اطلاعات محلی، که آنها را از همسایگان خود حس میکنند قرار دهند
و در آخر اینکه، ما مصممیم که رباتها ندانند که همسایگانشان چه کسانی هستند.
این چیزیست که ما آن را گمنامی مینامم.
چیزی که میخواهم نشانتان بدهم ویدئویی است از بیست ربات که با یک آرایش و صف آرایی با هم پرواز میکنند.
آنها موقعیت مکانی همسایه هایشان را نظارت و ارزیابی میکنند.
آنها آرایش و صف بوجود آمده را حفظ میکنند.
آرایش و صف آرایی آنها میتواند تغییر کند.
آنها میتوانند دو بعدی و مسطح صف بندی کنند
و میتوانند سه بعدی آرایش و صف بندی کنند.
در اینجا میتوانید ببینید که آنها از صف بندی سه بعدی به صف بندی دوبعدی میروند.
و در پرواز به طرف موانع میتوانند صف بندیشان را بدون وقفه تغییر دهند.
و دوباره اینکه، این رباتها واقعا میتوانند به یکدیگر نزدیک شوند.
و همانطور که میبینید در این ترکیب پرواز هشت تایی، آنها تا یک اینچ به هم نزدیک میشوند.
و علی رغم تعاملات و انفعالات آیرودینامیکی تیغه های پروانه ها، آنها قادر به حفظ پروازی پایدار هستند.
( تشویق تماشاگران)
بنابراین هنگامی که شما بدانید که چگونه در یک آرایش و صف منظم پرواز کنید، در واقع شما می توانید برای بلند کردن اشیاء همکاری کنید.
خُب همانطور که در اینجا می بینید، این نشان میدهد که فقط با تبدیل کردن همسایگان به یک تیم، ما میتوانیم قدرت رباتها را دو، سه و یا چهار برابر کنیم.
یکی از معایب انجام این کار اینه که، با بالاتر بردن اندازه و مقیاس ---
خُب اگر شما تعداد زیادی ربات داشته باشید که یک چیز را حمل میکنند،
الزاما به طور موثری اینرسی را افزایش میدهید و در نتیجه قیمتی که میپردازید؛ این است که دیگر آنها چابک نیستند.
اما شما ظرفیت حمل و ترابری بالاتری را کسب میکنید.
کاربرد دیگری را میخواهم به شما نشان دهم---
دوباره، این آزمایشگاه ماست.
این کار توسط کوئنتین لیندزی ، که دانشجوی کارشناسی ارشد است انجام شده.
خُب ضرورتا الگوریتم او می گوید این رباتها چگونه به صورت خودکار سازه های مکعبی با عناصر خرپا مانند میسازند.
پس الگریتم او میگوید هر ربات چه بخشی را بلند کند، چه وقت و در کجا آن را قرار دهد.
در این ویديو میتوانید ببنید---
سرعت این ده تا چهارده برابر شده---
میتوانید سه اسکلت را که توسط رباتها در حال ساخت هستند را ببینید .
و دوباره، همه چیز خودکار ( اتوماسیون) هست، و همه کاری که کوئنتین لیندزی باید انجام بده اینه که نقشه اجرایی را به که میخواهد بسازد به آنها بدهد.
تمام این آزمایشات که شما تا کنون دیده ام، همه این نمایش ها ، با کمک سیستم های ضبط حرکت انجام می شود.
خُب هنگامی که آزمایشگاه تان را ترک میکنید و به دنیای واقعی وارد میشوید چه اتفاقی میافتد؟
و اگر سیستم تعیین موقعیت جهانی وجود نداشته باشد چی؟
در واقع این رباتها با یک دوربین ، یک فاصله یاب لیزری و یک اسکنر لیزری مجهز شدند .
ربات از این سنسورها برای ایجاد یک نقشه از محیط اطرافشان استفاده میکند.
آن نقشه حاوی مشخصاتی مثل موقعیت درها، پنجره‌ها، افراد، مبلمان است --
و سپس این ربات موقعیت خود را نسبت به اشیاء دیگر میسنجد.
پس هیچ هماهنگ کننده سراسری وجود ندارد.
سیستم هماهنگ کننده بر اساس این ربات تعریف میشود، که در کجاست و به دنبال چه چیزیست.
با توجه به ویزگیها و مشخصات این هدایت میشود.
میخواهد یک کلیپ از که توسط فرانک شان و پرفسور ناتان مایکل تهیه شده را نشان بدهم
که نشان میدهد این ربات برای اولین بار وارد یک ساختمان میشوند و این نقشه را در حین پرواز تهیه میکند.
ربات تشخیص میدهد که اشیاء و ترکیبها در کجا هستند.
این نقشه را تهیه میکند.
اون موقعیت خودش رو با توجه به دیگر اشیاء موجود با سرعت ۱۰۰ بار در ثانیه بدست میاره
و این قابلیت اون به ما اجازه میده که از الگوریتم‌های کنترلی‌ای که قبلا توضیح دادم استفاده کنیم.
درواقع به این ربات از راه دور توسط فرانک فرمان داده میشود.
اما این ربات خودش هم می تواند تشخیص میدهدد که کجا برود.
خُب فرض کنید من این را به یک ساختمان می فرستم و من هیچ ایده ای ندارم که این ساختمان چه شکلی است،
میتوانم از ربات بخواهم داخل ( ساختمان ) شود، نقشه برداری کند و سپس بیرون برگردد و به من بگوید که ساختمان چه شکلی است.
پس در اینجا نه تنها ربات این مشکل را که چگونه روی این نقشه از نقطه A به نقطه B برویم را حل میکند،
بلکه هر لحظه مشخص میکند که بهترین نقطه B کدام نقطه است.
خب اساسا این ربات میداند برای جستجوی مکانهایی که حداقل اطلاعات را از آن دارد کجا برود .
چگونگی تهیه این نقشه به این صورت است.
خُب، میخواهم بحث را با معرفی آخرین کاربرد آنها تمام کنم.
کاربردهای زیادی برای تکنولوژی وجود دارد،
من یک پرفسور هستم، و ما شور و شوقی در امور آموزش و پرورش داریم .
رباتهایی مثل این واقعا میتوانند شیوه های ما از درمهد کودک تا ۱۲ ( سال) تحصیل را تغییر دهند.
اما ما در چنوب کالیفرنیا هستیم، نزدیک به لوس آنجلس،
بنابراین من باید با چیزی متمرکز بر سرگرمی جمع بندی کنم.
میخواهم با موزیک ویديو ختم کنم.
میخواهم آلکس و دنیال سازندگان این ویديو را معرفی کنم.
( تشویق تماشاگران)
خُب قبل از پخش این ویديو، میخواهم بگویم که آنها این ویديو را طی سه روزآخر پس اینکه تلفنی با کریس صحبت کردند، تهیه کرده اند.
این رباتها که این ویدئو را اجرا میکنند کاملا خودکار هستند.
شما ۹ تا ربات را میبینید که شش ساز مختلف را مینوازند.
و البته، این منحصرا برای تد ۲۰۱۲ ساخته شده.
اجازه دهید که ببینیم.
( موسیقی)
( تشویق تماشا گران)