Kaj pomeni, da je neka naprava atletska?
Pokazali vam bomo koncept atletskosti naprav
in raziskave, potrebne za to,
s pomočjo teh letečih naprav, imenovanih kvadkopterji
ali kvadi na kratko.
Kvadi so tu že dolgo časa.
Te dni so tako priljubljeni, ker so mehansko preprosti.
Z nadzorovanjem hitrosti teh štirih propelerjev,
se te naprave lahko obračajo, nagnejo, zavijajo
in pospešujejo v isti smeri.
Nameščeni so tudi baterija, računalnik,
različni senzorji in brezžični radii.
Kvadi so izjemno spretni, a ta spretnost ima svojo ceno.
So neizogibno nestabilni
in potrebujejo neke vrste avtomatično povratno kontrolo,
da lahko letijo.
Torej, kako je pravkar naredil to?
Kamere na stropu in prenosnik
služijo kot notranji globalni sistem določanja položaja.
Uporablja se za lociranje predmetov v prostoru,
ki imajo na sebi te odbojne oznake.
Ti podatki so poslani na drugi prenosnik,
ki poganja algoritme za ocene in nadzor,
ki nato pošilja ukaze kvadu,
ki prav tako poganja algoritme za ocene in nadzor.
Večina našega raziskovanja so algoritmi.
To je čarovnija, ki oživi te naprave.
Kako torej narediš algoritme, ki ustvarijo mehanskega atleta?
Uporabimo nekaj, čemur pravimo na modelih temelječ dizajn.
Najprej ujamemo fiziko
z matematičnim modelom, ki zajame obnašanje naprav.
Uporabimo vejo matematike, ki ji pravimo teorija nadzora,
da analiziramo te modele,
in da sintetiziramo algoritme za njihov nadzor.
Naprimer, s tem kvad lebdi.
Najprej smo zajeli dinamiko s setom diferencialnih enačb.
Nato smo manipulirali te enačbe s pomočjo teorije nadzora,
da bi ustvarili algoritme, ki stabilizirajo kvad.
Naj vam prikažem moč tega pristopa.
Recimo, da želimo, da kvad ne samo lebdi,
ampak tudi uravnoteži to palico.
Z malo vaje
je precej enostavno za človeka,
a mi imamo prednost dveh nog na tleh
in uporabo naših zelo vsestranskih rok.
Postane malo težje,
ko imam na tleh samo en nogo
in ko ne uporabljam rok.
Vidite, da ima ta palica na vrhu svetlečo oznako,
kar pomeni, da jo lahko lociramo v prostoru.
(občinstvo) Oh!
(aplavz)
(konec aplavza)
Lahko vidite, da kvad dela rahle prilagoditve,
da bi palico uravnotežil.
Kako smo oblikovali algoritme za to?
Modelu kvada smo dodali matematični model palice.
Ko imamo enkrat model kombiniranega sistema palica-kvad,
lahko uporabimo teorijo nadzora, da ustvarimo algoritme za njun nadzor.
Vidite, kako je stabilna
in tudi če jo malo potisnem,
gre nazaj -
na lepo, uravnoteženo pozicijo.
Lahko tudi nadgradimo model,
da vključimo, kje v prostoru želimo kvad.
S tem kazalcem, narejenim iz odsevnih oznak,
lahko pokažem, kje v prostoru želim kvad,
na določeni distanci od mene.
(Smeh)
Ključ do teh akrobatskih manevrov so algoritmi,
oblikovani s pomočjo matematičnih modelov
in teorije nadzora.
Povejmo kvadu, naj pride nazaj sem
in naj pusti palico, da pade,
in pokazal vam bom, kako pomembno
je razumeti fizikalne modele
in delovanje fizičnega sveta.
Opazite, kako je kvad izgubil višino, ko sem nanj postavil kozarec vode.
Za razliko od palice,
nisem vključil matematičnega modela kozarca
v sistem.
Pravzaprav, sistem sploh ne ve, da je kozarec tam.
Kot prej, lahko uporabim kazalec, da povem kvadu,
kje v prostoru želim, da je.
(Aplavz)
(konec aplavza)
Ok, sedaj bi se morali vprašati,
zakaj voda ne steče iz kozarca?
Dve dejstvi.
Prvo je, da gravitacija vpliva na vse objekte enako.
Drugo je, da so propelerji
vsi obrnjeni v isto smer kozarca, gor.
Ko združiš ti dve stvari,
je skupni rezultat, da so vse stranske sile na kozarec majhne
in jim dominirajo aerodinamični učinki,
ki so ob teh hitrostih zanemarljivi.
In zato vam ni treba narediti modela za kozarec.
Naravno se ne polije, ne glede na to, kaj naredi kvad.
(občinstvo) Oh!
(aplavz)
(konec aplavza)
Lekcija tu je,
da so nekatere visoko zmogljivostne naloge lažje od drugih
in da ti razumevanje fizikalnosti problema
pove, katere so lahke in katere težke.
V tem primeru je nošenje kozarca lahko.
Uravnotežiti palico je težko.
Vsi smo slišali zgodbe o atletih, ki so izvajali podvige med fizično poškodbo.
Lahko naprava še vedno deluje, kljub hudi poškodbi?
Konvencionalna modrost pravi,
da potrebuješ vsaj štiri fiksne motorne propelerske pare, da lahko leti,
ker nadzorujemo štiri stopnje prostosti:
obračanje, nagibanje, zavijanje in pospeševanje.
Heksakopterji in oktokopterji, s šestimi in osmimi propelerji,
lahko nudijo več moči, kot je potrebujejo, ampak kvadkopterji so bolj popularni,
ker imajo minimalno število fiksnih motornih propelerskih parov: štiri.
Ali pač?
(občinstvo) Oh!
(smeh)
Če analiziramo matematični model te naprave
s samo dvema delujočima propelerjema,
odkrijemo, da obstaja neobičajen način letenja.
Izgubimo zavijanje,
ampak obračanje, nagibanje in pospeševanje lahko še vedno nadzorujemo
z algoritmi, ki uporabijo to novo konfiguracijo.
Matematični modeli nam povedo, točno zakaj in kdaj je to možno.
V tem primeru nam to znanje omogoča, da oblikujemo
izvirne načrte naprav
ali oblikovanje pametnih algoritmov, ki elegantno obvladajo poškodbe,
tako kot človeški atleti,
namesto da bi gradili naprave z več moči, kot je potrebujejo.
Ne moremo, da ne bi zajeli sape,
ko gledamo potapljača, kako se požene v vodo,
ali ko se skakalec vrti v zraku,
tla pa se mu hitro približujejo.
Bo potapljaču uspel skok?
Bo skakalcu uspel pristanek?
Recimo da želimo, da se ta kvad trikrat obrne
in konča na istem mestu, kot je začel.
Ta manever se bo zgodil tako hitro,
da ne moremo uporabiti pozicijske povratne informacije.
Preprosto ni dovolj časa.
Namesto tega lahko kvad slepo izvede manever,
opazuje, kako konča manever,
in potem uporabi te informacije, da popravi to gibanje,
tako, da je naslednjič boljše.
Podobno kot potapljač ali skakalec,
samo skozi vajo
se lahko ta manever nauči in izvede
po najvišjih standardih.
(smeh)
(aplavz)
Zadeti premikajočo se žogo, je nujna sposobnost v mnogih športih.
Kako naprava naredi nekaj,
kot naredi atlet navidez brez truda?
(smeh)
(aplavz)
(konec aplavza)
Ta kvad ima lopar na glavi
z optimalno točko v velikosti jabolka, torej ne preveliko.
Naslednji izračuni so narejeni vsakih 20 milisekund
ali 50-krat na sekundo.
Najprej ugotovimo, kam gre žoga.
Nato izračunamo, kako naj kvad udari žogo,
da leti tja, od koder je bila vržena.
tretjič načrtujemo tirnico, ki ponese kvad
od trenutnega mesta na točko udarca z žogo.
Četrtič, izvedemo samo 20 milisekund te strategije.
Dvajset milisekund kasneje se celoten proces ponovi,
dokler kvad ne udari žoge.
(aplavz)
Naprave ne samo da same izvedejo dinamične manevre,
to lahko počnejo v skupinah.
Ti trije kvadi skupaj nosijo mrežo.
(aplavz)
(konec aplavza)
Izvajajo neverjetno dinamičen in kolektiven manever,
da bi mi prinesli žogo nazaj.
Vidite, ob popolni raztegnitvi so ti kvadi vertikalno.
(aplavz)
Ob popolni iztegnitvi
je to petkrat več kot to, kar čuti bungee skakalec
na koncu skoka.
Algoritmi za to so zelo podobni
tistim, ki jih je uporabil en kvad, da mi je odbil žogo nazaj.
Matematično modeli so uporabljeni za neprestano re-planiranje
kooperativne strategije 50-krat na sekundo.
Vse, kar smo videli do zdaj, so bile naprave in njihove sposobnosti.
Kaj se zgodi, ko združimo atletskost teh naprav
s človeško?
Pred seboj imam komercialni senzor gibanja,
ki se uporablja pri igrah.
Lahko prepozna, kaj počnejo deli mojega telesa v realnem času.
Podobno kot kazalec, ki sem ga uporabil prej.
lahko vstavimo te vhodne podatke v sistem.
Sedaj imamo naraven način sodelovanja
surove atletskosti tega kvada z mojimi kretnjami.
(aplavz)
Interakcija ni nujno virtualna.
Lahko je fizična.
Poglejmo naprimer tale kvad.
Poskuša obstati na določeni točki v prostoru.
Če ga poskušam premakniti, se upira
in se premakne tja, kjer želi biti.
A to obnašanje lahko spremenimo.
Lahko uporabimo matematične modele,
ki ocenijo silo, ki jo uporabim na kvadu.
Ko poznamo to silo, lahko spremenimo zakone fizike,
vsaj kar se tiče kvada.
Tu se kvad obnaša, kot da bi bil v viskozni tekočini.
Sedaj imamo intimen način sodelovanja z napravo.
To novo sposobnost bom uporabil, da namestim
ta kvad s kamero na primerno lokacijo
za snemanje preostanka te predstavitve.
Tako lahko fizično komuniciramo s temi kvadi
in lahko spremenimo zakone fizike.
Pozabavajmo se.
Zdaj boste videli
kvade, ki se bodo obnašali, kot bi bili na Plutonu.
Čez čas se bo gravitacija povečevala,
dokler ne bomo nazaj na Zemlji,
a zagotavljam, da ne bomo prišli tja.
No, gremo.
(smeh)
(aplavz)
Uf!
Sedaj si mislite,
tile se preveč zabavajo
in najbrž se sprašujete,
zakaj sploh gradijo mehanične atlete?
Nekateri domnevajo, da je vloga igre v živalskem kraljestvu,
izboljšane spretnosti in razvijanje sposobnosti.
Drugi mislijo, da ima socialno vlogo,
da poveže skupino.
Podobno uporabljamo analogijo športa in atletskosti,
da ustvarimo nove algoritme za naprave,
da jih potisnemo do meja.
Kakšen vpliv bo imela hitrost teh naprav na naša življenja?
Kot vsi naši pretekli izumi in inovacije,
jih lahko uporabimo za izboljšanje kvalitete življenja
ali pa bodo zlorabljeni.
To ni tehnična izbira,
socialna je.
Odločimo se prav,
za odločitev, ki potegne najboljše iz prihodnosti naprav,
tako kot atletskost v športu potegne najboljše iz nas.
Naj vam predstavim čarovnike za zeleno zaveso.
To so trenutni člani raziskovalne ekipe Flying Machine Arena.
(aplavz)
Federico Augugliaro, Dario Brescianini,
Markus Hehn, Sergei Lupashin, Mark Muller in Robin Ritz.
Bodite pozorni nanje. Dosegli bodo velike stvari.
Hvala.
(aplavz)