TED2016
Raffaello D'Andrea: Meet the dazzling flying machines of the future
Raffaello D'Andrea: Entdecken Sie die glanzvollen Fluggeräte der Zukunft
Filmed:
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Wenn Sie das Wort “Drohne” hören, denken Sie wahrscheinlich entweder an etwas sehr nützliches oder etwas sehr unheimliches. Aber könnten sie einen ästhetischen Wert haben? Der Experte für autonome Systeme, Raffaello D'Andrea, entwickelt Flugmaschinen, und seine neuesten Projekte überschreiten die Möglichkeiten des autonomen Flugs – von einem fliegenden Flügel, der schweben und sich von Turbulenzen erfangen kann bis zu einem Gerät mit acht Propellern, das unabhängig von Ausrichtung fliegen kann, bis zu einem Schwarm von extrem kleinen koordinierten Micro-Quadcoptern. Lasssen sie sich von traumhaften herumwirbelnden Masse von Flugmaschinen verzaubern, die wie Glühwürmchen über der TED-Bühne tanzen.
Raffaello D'Andrea - Autonomous systems pioneer
Raffaello D'Andrea explores the possibilities of autonomous technology by collaborating with artists, engineers and entrepreneurs. Full bio
Raffaello D'Andrea explores the possibilities of autonomous technology by collaborating with artists, engineers and entrepreneurs. Full bio
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00:12
What started as a platform for hobbyists
0
920
1976
Was als Plattform für Bastler begann,
00:14
is poised to become
a multibillion-dollar industry.
a multibillion-dollar industry.
1
2920
2936
steht kurz davor,
ein Milliardengeschäft zu werden.
ein Milliardengeschäft zu werden.
00:17
Inspection, environmental monitoring,
photography and film and journalism:
photography and film and journalism:
2
5880
4056
Kontrolle, Umweltüberwachung,
Fotografie, Film und Journalismus:
Fotografie, Film und Journalismus:
00:21
these are some of the potential
applications for commercial drones,
applications for commercial drones,
3
9960
3176
Das sind einige der möglichen
Anwendungen für gewerbliche Drohnen.
Anwendungen für gewerbliche Drohnen.
00:25
and their enablers
are the capabilities being developed
are the capabilities being developed
4
13160
2616
Möglich gemacht wird das
00:27
at research facilities around the world.
5
15800
1936
in Forschungseinrichtungen weltweit.
00:29
For example, before aerial
package delivery
package delivery
6
17760
2616
Bevor Luft-Paketzustellung
in unser gesellschaftliches
Bewusstsein eindrang,
Bewusstsein eindrang,
00:32
entered our social consciousness,
7
20400
1816
00:34
an autonomous fleet of flying machines
built a six-meter-tall tower
built a six-meter-tall tower
8
22240
3976
hat eine autonome Flotte von Flugmaschinen
im FRAC Centre in Frankreich
im FRAC Centre in Frankreich
00:38
composed of 1,500 bricks
9
26240
1936
live vor Publikum
00:40
in front of a live audience
at the FRAC Centre in France,
at the FRAC Centre in France,
10
28200
2936
einen sechs Meter hohen Turm
aus 1 500 Ziegeln gebaut.
aus 1 500 Ziegeln gebaut.
00:43
and several years ago,
they started to fly with ropes.
they started to fly with ropes.
11
31160
2576
Vor einigen Jahren begannen sie,
mit Seilen zu fliegen.
mit Seilen zu fliegen.
00:45
By tethering flying machines,
12
33760
1416
Durch Aneinanderbinden
erreichen Fluggeräte hohe Geschwindigkeit
und Beschleunigung auf engstem Raum.
und Beschleunigung auf engstem Raum.
00:47
they can achieve high speeds
and accelerations in very tight spaces.
and accelerations in very tight spaces.
13
35200
3776
00:51
They can also autonomously build
tensile structures.
tensile structures.
14
39000
3096
Sie können auch selbstständig
zugbelastbare Strukturen bauen.
zugbelastbare Strukturen bauen.
00:54
Skills learned include how to carry loads,
15
42120
2416
Sie haben gelernt, Lasten zu tragen,
00:56
how to cope with disturbances,
16
44560
1456
mit Turbulenzen umzugehen
00:58
and in general, how to interact
with the physical world.
with the physical world.
17
46040
3096
und generell auf Naturgesetze
zu reagieren.
zu reagieren.
01:01
Today we want to show you some
new projects that we've been working on.
new projects that we've been working on.
18
49160
3336
Heute möchten wir Ihnen
ein paar unserer neuen Projekte zeigen.
ein paar unserer neuen Projekte zeigen.
01:04
Their aim is to push the boundary
of what can be achieved
of what can be achieved
19
52520
2936
Unser Ziel ist es, die Grenzen
des Möglichen im autonomen Flug
des Möglichen im autonomen Flug
01:07
with autonomous flight.
20
55480
1536
zu überschreiten.
01:09
Now, for a system to function
autonomously,
autonomously,
21
57040
2456
Damit ein System autonom funktioniert,
01:11
it must collectively know the location
of its mobile objects in space.
of its mobile objects in space.
22
59520
4456
muss es kollektiv Bescheid wissen, wo
im Raum sich die mobilen Objekte befinden.
im Raum sich die mobilen Objekte befinden.
01:16
Back at our lab at ETH Zurich,
23
64000
1896
In unserem Labor an der ETH Zürich
01:17
we often use external cameras
to locate objects,
to locate objects,
24
65920
2856
verwenden wir oft externe Kameras,
um Objekte zu finden.
um Objekte zu finden.
01:20
which then allows us to focus our efforts
25
68800
1976
Das ermöglicht uns dann,
uns auf die rasche Entwicklung
dynamischer Tasks zu konzentrieren.
dynamischer Tasks zu konzentrieren.
01:22
on the rapid development
of highly dynamic tasks.
of highly dynamic tasks.
26
70800
2656
01:25
For the demos you will see today, however,
27
73480
2056
Für die heutigen Demos verwenden wir
01:27
we will use new localization technology
developed by Verity Studios,
developed by Verity Studios,
28
75560
3296
eine neue Lokalisierungstechnologie
von Verity Studios,
von Verity Studios,
01:30
a spin-off from our lab.
29
78880
1616
einem Ableger unseres Labors.
01:32
There are no external cameras.
30
80520
1616
Es gibt keine externen Kameras.
01:34
Each flying machine uses onboard sensors
to determine its location in space
to determine its location in space
31
82160
5056
Jede Flugmaschine hat interne Sensoren,
um die Position im Raum zu bestimmen,
um die Position im Raum zu bestimmen,
01:39
and onboard computation
to determine what its actions should be.
to determine what its actions should be.
32
87240
3440
Berechnungen an Bord bestimmen,
was die Maschine tun sollte.
was die Maschine tun sollte.
01:43
The only external commands
are high-level ones
are high-level ones
33
91280
2176
Externe Befehle gibt es
auf höchster Ebene.
auf höchster Ebene.
01:45
such as "take off" and "land."
34
93480
1520
z. B. “starten” und “landen”.
02:10
This is a so-called tail-sitter.
35
118560
1896
Dies ist ein sogenannter Heckstarter,
02:12
It's an aircraft that tries
to have its cake and eat it.
to have its cake and eat it.
36
120480
3456
ein Fluggerät, das versucht,
zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen.
zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen.
02:15
Like other fixed-wing aircraft,
it is efficient in forward flight,
it is efficient in forward flight,
37
123960
3256
Wie andere Starrflügler
ist es im Vorwärtsflug effizient,
ist es im Vorwärtsflug effizient,
02:19
much more so than helicopters
and variations thereof.
and variations thereof.
38
127240
3215
viel effizienter als Hubschrauber
in all ihren Variationen.
in all ihren Variationen.
02:22
Unlike most other
fixed-wing aircraft, however,
fixed-wing aircraft, however,
39
130479
2417
Im Gegensatz zu den meisten Starrflüglern
02:24
it is capable of hovering,
40
132920
1496
kann es schweben,
02:26
which has huge advantages
for takeoff, landing
for takeoff, landing
41
134440
3136
und hat damit groβe Vorteile
bei Start und Landung,
bei Start und Landung,
02:29
and general versatility.
42
137600
1240
und ist sehr vielseitig.
02:31
There is no free lunch, unfortunately.
43
139480
2096
Allerdings gibt es immer eine Kehrseite.
02:33
One of the limitations with tail-sitters
44
141600
1936
Eine Einschränkung von Heckstartern ist,
02:35
is that they're susceptible
to disturbances such as wind gusts.
to disturbances such as wind gusts.
45
143560
2976
dass sie empfindlich auf Turbulenzen
wie Windböen reagieren.
wie Windböen reagieren.
02:38
We're developing new control
architectures and algorithms
architectures and algorithms
46
146560
2696
Wir entwickeln neue
Steuerungen und Algorithmen,
Steuerungen und Algorithmen,
02:41
that address this limitation.
47
149280
1400
um dies zu verbessern.
02:50
The idea is for the aircraft to recover
48
158560
2256
Die Idee dahinter ist, dass das Fluggerät
02:52
no matter what state it finds itself in,
49
160840
2640
egal in welcher Lage
die optimale Position wiedererlangt
die optimale Position wiedererlangt
03:03
and through practice,
improve its performance over time.
improve its performance over time.
50
171400
2920
und die Leistung durch Üben
verbessert werden kann.
verbessert werden kann.
03:15
(Applause)
51
183600
4400
(Applaus)
03:22
OK.
52
190000
1200
Okay.
03:33
When doing research,
53
201480
1216
Während unserer Forschung
03:34
we often ask ourselves
fundamental abstract questions
fundamental abstract questions
54
202720
2976
stellen wir uns oft
grundlegende abstrakte Fragen,
grundlegende abstrakte Fragen,
03:37
that try to get at the heart of a matter.
55
205720
2560
die zum Kern der Sache vordringen.
03:41
For example, one such question would be,
56
209240
2216
Eine solche Frage wäre zum Beispiel:
03:43
what is the minimum number of moving parts
needed for controlled flight?
needed for controlled flight?
57
211480
4016
Was ist die kleinstmögliche Zahl
beweglicher Teile für kontrollierte Flüge?
beweglicher Teile für kontrollierte Flüge?
03:47
Now, there are practical reasons
58
215520
1576
Es gibt praktische Gründe dafür,
03:49
why you may want to know
the answer to such a question.
the answer to such a question.
59
217120
2616
die Antwort auf eine
solche Frage wissen zu wollen.
solche Frage wissen zu wollen.
03:51
Helicopters, for example,
60
219760
1256
Hubschrauber sind etwa
03:53
are affectionately known
as machines with a thousand moving parts
as machines with a thousand moving parts
61
221040
3856
als Maschinen mit tausend
beweglichen Teilen bekannt,
beweglichen Teilen bekannt,
03:56
all conspiring to do you bodily harm.
62
224920
2680
die sich zusammentun, um Sie zu verletzen.
04:00
It turns out that decades ago,
63
228640
1856
Vor Jahrzehnten konnten
ausgebildete Piloten
ausgebildete Piloten
04:02
skilled pilots were able to fly
remote-controlled aircraft
remote-controlled aircraft
64
230520
3176
ferngesteuerte Fluggeräte fliegen,
04:05
that had only two moving parts:
65
233720
1896
die nur zwei bewegliche Teile hatten:
04:07
a propeller and a tail rudder.
66
235640
1840
Einen Propeller und ein Heckruder.
04:10
We recently discovered
that it could be done with just one.
that it could be done with just one.
67
238000
3120
Unlängst entdeckten wir,
dass Fliegen mit nur einem funktioniert.
dass Fliegen mit nur einem funktioniert.
04:13
This is the monospinner,
68
241600
1256
Das ist der Monospinner,
04:14
the world's mechanically simplest
controllable flying machine,
controllable flying machine,
69
242880
3256
das mechanisch einfachste
fernbediente Fluggerät.
fernbediente Fluggerät.
04:18
invented just a few months ago.
70
246160
1776
Es wurde vor Kurzem erfunden.
04:19
It has only one moving part, a propeller.
71
247960
3136
Es hat nur einen beweglichen Teil,
einen Propeller,
einen Propeller,
04:23
It has no flaps, no hinges, no ailerons,
72
251120
3576
keine Klappen, Scharniere und Querruder,
04:26
no other actuators,
no other control surfaces,
no other control surfaces,
73
254720
2535
keine weiteren Stellantriebe
oder Kontrolloberflächen,
oder Kontrolloberflächen,
04:29
just a simple propeller.
74
257279
1281
nur einen Propeller.
04:31
Even though it's mechanically simple,
75
259320
2055
Obwohl es mechanisch simpel ist,
04:33
there's a lot going on
in its little electronic brain
in its little electronic brain
76
261399
2497
passiert im Innenleben sehr viel,
04:35
to allow it to fly in a stable fashion
and to move anywhere it wants in space.
and to move anywhere it wants in space.
77
263920
4216
damit es stabil fliegen kann,
und sich im Raum überallhin bewegen kann.
und sich im Raum überallhin bewegen kann.
04:40
Even so, it doesn't yet have
78
268160
1456
Dennoch verfügt es nicht
04:41
the sophisticated algorithms
of the tail-sitter,
of the tail-sitter,
79
269640
2336
über den eleganten Algorithmus
des Heckstarters.
des Heckstarters.
04:44
which means that in order
to get it to fly,
to get it to fly,
80
272000
2000
Um es zum Fliegen zu bringen,
04:46
I have to throw it just right.
81
274024
1720
muss ich es genau richtig werfen.
04:48
And because the probability
of me throwing it just right is very low,
of me throwing it just right is very low,
82
276800
4016
Die Wahrscheinlichkeit,
es genau richtig zu werfen,
es genau richtig zu werfen,
04:52
given everybody watching me,
83
280840
1896
wenn mir alle zusehen, ist gering,
04:54
what we're going to do instead
84
282760
1456
deshalb zeige ich Ihnen
04:56
is show you a video
that we shot last night.
that we shot last night.
85
284240
2176
ein Video, das gestern Abend
gefilmt wurde.
gefilmt wurde.
04:58
(Laughter)
86
286440
1560
(Lachen)
05:10
(Applause)
87
298320
3320
(Applaus)
05:23
If the monospinner
is an exercise in frugality,
is an exercise in frugality,
88
311080
3736
Wenn der Monospinner
eine Übung in Genügsamkeit ist,
eine Übung in Genügsamkeit ist,
05:26
this machine here, the omnicopter,
with its eight propellers,
with its eight propellers,
89
314840
3456
ist diese Maschine hier, der Omnikopter
mit seinen acht Propellern,
mit seinen acht Propellern,
05:30
is an exercise in excess.
90
318320
2080
eine Übung in Überfluss.
05:32
What can you do with all this surplus?
91
320920
2136
Was tun mit all diesem Überfluss?
05:35
The thing to notice
is that it is highly symmetric.
is that it is highly symmetric.
92
323080
2381
Sie sehen, dass er
äuβerst symmetrisch ist.
äuβerst symmetrisch ist.
05:37
As a result, it is ambivalent
to orientation.
to orientation.
93
325920
2856
Deshalb ist er ambivalent
in seiner Ausrichtung.
in seiner Ausrichtung.
05:40
This gives it an extraordinary capability.
94
328800
2696
Dadurch erhält er die
die auβerordentliche Fähigkeit,
die auβerordentliche Fähigkeit,
05:43
It can move anywhere it wants in space
95
331520
2216
sich im Raum in alle Richtungen
zu bewegen,
zu bewegen,
05:45
irrespective of where it is facing
96
333760
2736
egal in welche Richtung er gedreht ist
05:48
and even of how it is rotating.
97
336520
1800
oder sogar wie er rotiert.
05:51
It has its own complexities,
98
339040
1376
Natürlich ist er komplex,
05:52
mainly having to do
with the interacting flows
with the interacting flows
99
340440
2656
hauptsächlich im Bereich
der interaktiven Flüsse
der interaktiven Flüsse
05:55
from its eight propellers.
100
343120
1240
von den acht Propellern.
05:56
Some of this can be modeled,
while the rest can be learned on the fly.
while the rest can be learned on the fly.
101
344680
3856
Einiges ist in Modellen darstellbar,
der Rest wird direkt beim Fliegen erlernt.
der Rest wird direkt beim Fliegen erlernt.
06:00
Let's take a look.
102
348560
1200
Sehen wir uns das an.
06:44
(Applause)
103
392760
3760
(Applaus)
06:52
If flying machines are going
to enter part of our daily lives,
to enter part of our daily lives,
104
400720
2905
Wenn Flugmaschinen einmal
Teil unseres Alltags sein sollen,
Teil unseres Alltags sein sollen,
06:55
they will need to become
extremely safe and reliable.
extremely safe and reliable.
105
403649
2477
müssen sie extrem
sicher und verlässlich werden.
sicher und verlässlich werden.
06:58
This machine over here
106
406760
1376
Diese Maschine hier
07:00
is actually two separate
two-propeller flying machines.
two-propeller flying machines.
107
408160
3136
besteht aus zwei separaten
Zweipropeller-Flugmaschinen.
Zweipropeller-Flugmaschinen.
07:03
This one wants to spin clockwise.
108
411320
1736
Diese dreht sich im Uhrzeigersinn
07:05
This other one wants
to spin counterclockwise.
to spin counterclockwise.
109
413080
2496
und die andere gegen den Uhrzeigersinn.
07:07
When you put them together,
110
415600
1336
Wenn man sie zusammenbaut,
07:08
they behave like one
high-performance quadrocopter.
high-performance quadrocopter.
111
416960
2600
verhalten sie sich wie ein
Hochleistungs-Quadrocopter.
Hochleistungs-Quadrocopter.
07:23
If anything goes wrong, however --
112
431640
1656
Geht allerdings etwas schief --
07:25
a motor fails, a propeller fails,
electronics, even a battery pack --
electronics, even a battery pack --
113
433320
4456
ein Motor oder Propeller fällt aus,
die Elektronik oder ein Akku --
die Elektronik oder ein Akku --
07:29
the machine can still fly,
albeit in a degraded fashion.
albeit in a degraded fashion.
114
437800
3336
kann die Maschine weiter fliegen,
wenn auch eingeschränkt.
wenn auch eingeschränkt.
07:33
We're going to demonstrate this to you now
by disabling one of its halves.
by disabling one of its halves.
115
441160
3520
Wir werden das nun demonstrieren,
indem wir eine Hälfte flugunfähig machen.
indem wir eine Hälfte flugunfähig machen.
07:56
(Applause)
116
464240
3160
(Applaus)
08:03
This last demonstration
117
471320
1336
Die letzte Demonstration
08:04
is an exploration of synthetic swarms.
118
472680
2440
untersucht synthetische Schwärme.
08:07
The large number of autonomous,
coordinated entities
coordinated entities
119
475560
2976
Die groβe Zahl an autonomen,
koordinierten Einheiten
koordinierten Einheiten
08:10
offers a new palette
for aesthetic expression.
for aesthetic expression.
120
478560
2736
ermöglicht eine Palette
an ästhetischem Ausdruck.
an ästhetischem Ausdruck.
08:13
We've taken commercially available
micro quadcopters,
micro quadcopters,
121
481320
2976
Wir nahmen handelsübliche
Micro-Quadcopter --
Micro-Quadcopter --
08:16
each weighing less
than a slice of bread, by the way,
than a slice of bread, by the way,
122
484320
2496
jeder einzelne wiegt weniger
als eine Scheibe Brot --
als eine Scheibe Brot --
08:18
and outfitted them
with our localization technology
with our localization technology
123
486840
2416
und statten sie mit
Lokalisierungstechnologie
Lokalisierungstechnologie
08:21
and custom algorithms.
124
489280
1576
und Algorithmen aus.
08:22
Because each unit
knows where it is in space
knows where it is in space
125
490880
2096
Jede Einheit weiss, wo im Raum sie ist
08:25
and is self-controlled,
126
493000
1376
und ist selbstgesteuert.
08:26
there is really no limit to their number.
127
494400
2200
Darum gibt es keine Obergrenze.
08:55
(Applause)
128
523840
3440
(Applaus)
09:19
(Applause)
129
547360
4480
(Applaus)
10:18
(Applause)
130
606040
3640
(Applaus)
10:35
Hopefully, these demonstrations
will motivate you to dream up
will motivate you to dream up
131
623960
3096
Hoffentlich motivieren Sie
diese Demonstrationen dazu,
diese Demonstrationen dazu,
10:39
new revolutionary roles
for flying machines.
for flying machines.
132
627080
2400
sich neue revolutionäre Ideen auszudenken.
10:42
That ultrasafe one over there for example
133
630560
2096
Die besonders sichere Maschine da drüben
10:44
has aspirations to become
a flying lampshade on Broadway.
a flying lampshade on Broadway.
134
632680
3016
möchte am Broadway
ein fliegender Lampenschirm werden.
ein fliegender Lampenschirm werden.
10:47
(Laughter)
135
635720
2056
(Lachen)
10:49
The reality is that it is
difficult to predict
difficult to predict
136
637800
2176
Natürlich ist es schwierig,
den Einfluss dieser
Technologie vorherzusagen.
Technologie vorherzusagen.
10:52
the impact of nascent technology.
137
640000
1640
10:54
And for folks like us, the real reward
is the journey and the act of creation.
is the journey and the act of creation.
138
642120
4856
Für Typen wie uns liegt der Lohn
in der Entwicklung und dem Schaffensakt.
in der Entwicklung und dem Schaffensakt.
10:59
It's a continual reminder
139
647000
1416
Es dient als Erinnerung,
11:00
of how wonderful and magical
the universe we live in is,
the universe we live in is,
140
648440
2920
wie wunderbar und zauberhaft
unser Universum ist,
unser Universum ist,
11:03
that it allows creative, clever creatures
141
651840
2936
und dass es kreativen,
klugen Geschöpfen erlaubt,
klugen Geschöpfen erlaubt,
11:06
to sculpt it in such spectacular ways.
142
654800
2520
sie auf so spektakuläre Weise zu formen.
11:09
The fact that this technology
143
657800
1776
Die Tatsache, dass diese Technologie
11:11
has such huge commercial
and economic potential
and economic potential
144
659600
3416
solch massives gewerbliches
und wirtschaftliches Potential hat,
und wirtschaftliches Potential hat,
11:15
is just icing on the cake.
145
663040
1416
ist das Tüpfelchen auf dem i.
11:16
Thank you.
146
664480
1216
Vielen Dank.
11:17
(Applause)
147
665720
3240
Applaus
ABOUT THE SPEAKER
Raffaello D'Andrea - Autonomous systems pioneerRaffaello D'Andrea explores the possibilities of autonomous technology by collaborating with artists, engineers and entrepreneurs.
Why you should listen
Raffaello D'Andrea combines academics, business, and the arts to explore the capabilities of autonomous systems. As part of his research as professor of dynamic systems and control at the Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zürich), he and his collaborators enchant viewers with works like the self-destructing, self-assembling Robotic Chair, or the Balancing Cube that can perch itself on its corners.
D’Andrea and his team created the Flying Machine Arena to test the gravity-defying abilities of their athletic flying robots. Building on research in the Flying Machine Arena, ETH Zürich partnered with its spin-off company Verity Studios and with Cirque du Soleil to create “Sparked,” a short film showcasing the unexpected airborne dexterity of quadcopters. D’Andrea is the co-founder of Kiva Systems, a robotics company that develops intelligent automated warehouse systems and that was acquired by Amazon in 2012.
Raffaello D'Andrea | Speaker | TED.com