ABOUT THE SPEAKER
Vijay Kumar - Roboticist
As the dean of the University of Pennsylvania's School of Engineering and Applied Science, Vijay Kumar studies the control and coordination of multi-robot formations.

Why you should listen

At the General Robotics, Automation, Sensing and Perception (GRASP) Lab at the University of Pennsylvania, flying quadrotor robots move together in eerie formation, tightening themselves into perfect battalions, even filling in the gap when one of their own drops out. You might have seen viral videos of the quads zipping around the netting-draped GRASP Lab (they juggle! they fly through a hula hoop!). Vijay Kumar headed this lab from 1998-2004. He's now the dean of the School of Engineering and Applied Science at the University of Pennsylvania in Philadelphia, where he continues his work in robotics, blending computer science and mechanical engineering to create the next generation of robotic wonders.

More profile about the speaker
Vijay Kumar | Speaker | TED.com
TEDxPenn

Vijay Kumar: The future of flying robots

Vijay Kumar: 飞行机器人的未来

Filmed:
1,780,679 views

在宾夕法尼亚大学的实验室里,Vijay Kumar和他的团队从蜜蜂身上获得了灵感,创造了自动化的空中机器人。他们最新的突破:精密耕种,即一群机器人通过规划,重建和分析果园里的每株植物和果实,为农民提供了至关重要的信息,能够帮助农民提高产量,并且让水资源的使用和管理更加智慧。
- Roboticist
As the dean of the University of Pennsylvania's School of Engineering and Applied Science, Vijay Kumar studies the control and coordination of multi-robot formations. Full bio

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00:13
In my lab实验室, we build建立
autonomous自主性 aerial天线 robots机器人
0
1280
3656
在我的实验室,
我们打造了自动飞行的机器人,
就是你们眼前的这种。
00:16
like the one you see flying飞行 here.
1
4960
1880
00:20
Unlike不像 the commercially商业 available可得到 drones无人驾驶飞机
that you can buy购买 today今天,
2
8720
3696
不像当今市面上销售的那些,
这个机器人没有GPS定位系统。
00:24
this robot机器人 doesn't have any GPS全球定位系统 on board.
3
12440
2640
00:28
So without GPS全球定位系统,
4
16160
1216
在没有GPS的情况下,
这样的机器人很难定位自己。
00:29
it's hard for robots机器人 like this
to determine确定 their position位置.
5
17400
3280
00:34
This robot机器人 uses使用 onboard在船上 sensors传感器,
cameras相机 and laser激光 scanners扫描仪,
6
22240
4736
这个机器人用机载传感器,
相机和激光扫描仪,
来扫描环境。
00:39
to scan扫描 the environment环境.
7
27000
1696
它能够探测到环境的特征,
00:40
It detects检测 features特征 from the environment环境,
8
28720
3056
并使用三角测量的方式来决定
不同的特征之间
00:43
and it determines确定 where it is
relative相对的 to those features特征,
9
31800
2736
有怎样的联系。
00:46
using运用 a method方法 of triangulation三角.
10
34560
2136
然后它能够把所有这些信息
整合到一张地图上,
00:48
And then it can assemble集合
all these features特征 into a map地图,
11
36720
3456
就是我背后的这张图。
00:52
like you see behind背后 me.
12
40200
1736
这个地图能让机器人确定
障碍物的位置,
00:53
And this map地图 then allows允许 the robot机器人
to understand理解 where the obstacles障碍 are
13
41960
3936
并巧妙地避开各种碰撞。
00:57
and navigate导航 in a collision-free无碰撞 manner方式.
14
45920
2720
01:01
What I want to show显示 you next下一个
15
49160
2096
我接下来要展示的是
一组我们在户外进行的实验,
01:03
is a set of experiments实验
we did inside our laboratory实验室,
16
51280
3216
证明机器人能够在户外
进行长距离飞行。
01:06
where this robot机器人 was able能够
to go for longer distances距离.
17
54520
3480
01:10
So here you'll你会 see, on the top最佳 right,
what the robot机器人 sees看到 with the camera相机.
18
58400
5016
你们可以看到,在右上方,
是机器人通过照相机看到的影像。
01:15
And on the main主要 screen屏幕 --
19
63440
1216
在主屏幕上——
01:16
and of course课程 this is sped加快 up
by a factor因子 of four --
20
64680
2456
当然这是以4倍速度在播放展示——
在主屏幕上,你们可以看到
地图的创建过程。
01:19
on the main主要 screen屏幕 you'll你会 see
the map地图 that it's building建造.
21
67160
2667
这是一个高分辨率的地图,
展示了我们实验室周围走廊的样子。
01:21
So this is a high-resolution高分辨率 map地图
of the corridor走廊 around our laboratory实验室.
22
69851
4285
很快你们就能看到飞行机器人
进入了我们的实验室,
01:26
And in a minute分钟
you'll你会 see it enter输入 our lab实验室,
23
74160
2336
这么乱的地方,一看
就知道是我们的实验室。
01:28
which哪一个 is recognizable识别
by the clutter杂波 that you see.
24
76520
2856
(笑声)
01:31
(Laughter笑声)
25
79400
1016
但我重点想说的是,
01:32
But the main主要 point I want to convey传达 to you
26
80440
2007
这些飞行器可以创建
高分辨率的地图,
01:34
is that these robots机器人 are capable
of building建造 high-resolution高分辨率 maps地图
27
82472
3584
达到5厘米的分辨率,
01:38
at five centimeters公分 resolution解析度,
28
86080
2496
可以使那些在实验室外,
或者是房屋外的人,
01:40
allowing允许 somebody who is outside the lab实验室,
or outside the building建造
29
88600
4176
无需进入房间即可观察到这些内容,
01:44
to deploy部署 these
without actually其实 going inside,
30
92800
3216
01:48
and trying to infer推断
what happens发生 inside the building建造.
31
96040
3760
并尝试了解房屋内发生的状况。
01:52
Now there's one problem问题
with robots机器人 like this.
32
100400
2240
当然这样的机器人也有问题。
01:55
The first problem问题 is it's pretty漂亮 big.
33
103600
2200
首先,它有些大了。
01:58
Because it's big, it's heavy.
34
106120
1680
因为很大,所以很重。
02:00
And these robots机器人 consume消耗
about 100 watts per pound.
35
108640
3040
这些机器人每磅重量可以消耗
100瓦的电能。
02:04
And this makes品牌 for
a very short mission任务 life.
36
112360
2280
这使得它的运作时间很短。
02:08
The second第二 problem问题
37
116000
1456
第二个问题就是,
这些机器人有机载传感器,
它们非常昂贵——
02:09
is that these robots机器人 have onboard在船上 sensors传感器
that end结束 up being存在 very expensive昂贵 --
38
117480
3896
一个激光扫描仪,一个相机
以及处理器。
02:13
a laser激光 scanner扫描器, a camera相机
and the processors处理器.
39
121400
3440
02:17
That drives驱动器 up the cost成本 of this robot机器人.
40
125280
3040
这些让这个飞行机器人的
制造成本十分高昂。
02:21
So we asked ourselves我们自己 a question:
41
129440
2656
因此我们问了自己一个问题:
你能在电子产品商店买到怎样的物品,
02:24
what consumer消费者 product产品
can you buy购买 in an electronics电子产品 store商店
42
132120
3776
它既不昂贵,又很轻,
还有机载传感器和计算能力?
02:27
that is inexpensive便宜, that's lightweight轻量级,
that has sensing传感 onboard在船上 and computation计算?
43
135920
6280
02:36
And we invented发明 the flying飞行 phone电话.
44
144080
2656
于是我们发明了会飞的手机。
(笑声)
02:38
(Laughter笑声)
45
146760
1936
这个机器人使用了你可以轻松购买到的
三星银河系列手机,
02:40
So this robot机器人 uses使用 a Samsung三星 Galaxy星系
smartphone手机 that you can buy购买 off the shelf,
46
148720
6176
你所需要的只是一个应用程序,
可以从我们的应用程序商店下载。
02:46
and all you need is an app应用 that you
can download下载 from our app应用 store商店.
47
154920
4016
你们可以看到这个飞行机器人在读字,
“TED”,
02:50
And you can see this robot机器人
reading the letters, "TEDTED" in this case案件,
48
158960
4216
观察字母“T”和“E”角落的位置,
02:55
looking at the corners角落
of the "T" and the "E"
49
163200
2936
再应用三角测量法,实现自主飞行。
02:58
and then triangulating三角 off of that,
flying飞行 autonomously自主.
50
166160
3480
03:02
That joystick操纵杆 is just there
to make sure if the robot机器人 goes crazy,
51
170720
3256
那个手柄的作用仅限于
当飞行器失控时,
Giuseppe就能让它失去功能。
03:06
Giuseppe朱塞佩 can kill it.
52
174000
1416
(笑声)
03:07
(Laughter笑声)
53
175440
1640
03:10
In addition加成 to building建造
these small robots机器人,
54
178920
3816
除了制造这些飞行机器人外,
我们还试着让它们做更激烈的动作,
比如这样。
03:14
we also experiment实验 with aggressive侵略性
behaviors行为, like you see here.
55
182760
4800
03:19
So this robot机器人 is now traveling旅行
at two to three meters per second第二,
56
187920
5296
这个飞行机器人目前的速度是
每秒钟2到3米,
在转变方向的时候
激烈地起降和翻转。
03:25
pitching铺地石 and rolling压延 aggressively积极
as it changes变化 direction方向.
57
193240
3496
重点是,我们还能制造更小,更快的
飞行机器人,
03:28
The main主要 point is we can have
smaller robots机器人 that can go faster更快
58
196760
4256
它们可以在非常复杂的环境中飞行。
03:33
and then travel旅行 in these
very unstructured非结构化 environments环境.
59
201040
2960
03:37
And in this next下一个 video视频,
60
205120
2056
下一个影片中,
你们可以看到这只鹰,
优雅地协调它的翅膀,
03:39
just like you see this bird, an eagle,
gracefully优雅 coordinating协调 its wings翅膀,
61
207200
5896
眼睛和爪子之间的配合,
把猎物抓出水面,
03:45
its eyes眼睛 and feet
to grab prey猎物 out of the water,
62
213120
4296
我们的机器人也能去捕鱼。
03:49
our robot机器人 can go fishing钓鱼, too.
63
217440
1896
(笑声)
03:51
(Laughter笑声)
64
219360
1496
在这个试验中,它在空中抓起了
这个特大号菲力芝士牛排三明治。
03:52
In this case案件, this is a Philly费城 cheesesteak奶酪牛排
hoagie潜艇堡 that it's grabbing out of thin air空气.
65
220880
4056
(笑声)
03:56
(Laughter笑声)
66
224960
2400
03:59
So you can see this robot机器人
going at about three meters per second第二,
67
227680
3296
你们可以看到这个机器人
以每秒3米左右的速度飞行,
比步行的速度快一些,
同时还能协调它的手臂和爪子,
04:03
which哪一个 is faster更快 than walking步行 speed速度,
coordinating协调 its arms武器, its claws
68
231000
5136
以极快的速度完成整套动作。
04:08
and its flight飞行 with split-second一瞬间 timing定时
to achieve实现 this maneuver演习.
69
236160
4120
04:14
In another另一个 experiment实验,
70
242120
1216
在另一个试验中,
我想要展示,
机器人是如何依据悬浮载重
04:15
I want to show显示 you
how the robot机器人 adapts适应 its flight飞行
71
243360
3656
来调整飞行模式的,
04:19
to control控制 its suspended暂停 payload有效载荷,
72
247040
2376
它的总长度大于窗子的高度。
04:21
whose谁的 length长度 is actually其实 larger
than the width宽度 of the window窗口.
73
249440
3800
04:25
So in order订购 to accomplish完成 this,
74
253680
1696
为了完成任务,
它需要向下倾斜,调整高度,
04:27
it actually其实 has to pitch沥青
and adjust调整 the altitude高度
75
255400
3696
然后把重物摆动过去。
04:31
and swing摇摆 the payload有效载荷 through通过.
76
259120
2320
04:38
But of course课程 we want
to make these even smaller,
77
266920
2296
但是,我们希望让机器人变得更小,
而蜜蜂启发了我们。
04:41
and we're inspired启发
in particular特定 by honeybees蜜蜂.
78
269240
3016
如果你们观察一下蜜蜂,
在这个慢速的视频里,
04:44
So if you look at honeybees蜜蜂,
and this is a slowed放缓 down video视频,
79
272280
3256
它们是这么小,
惯性是这么轻 ——
04:47
they're so small,
the inertia惯性 is so lightweight轻量级 --
80
275560
3720
04:51
(Laughter笑声)
81
279960
1176
(笑声)
它们并不在意——
它们会撞击我的手,比如说。
04:53
that they don't care关心 --
they bounce弹跳 off my hand, for example.
82
281160
3536
这是个小机器人,
可以模拟蜜蜂的行为。
04:56
This is a little robot机器人
that mimics模仿 the honeybee蜜蜂 behavior行为.
83
284720
3160
05:00
And smaller is better,
84
288600
1216
越小越好,
因为尺寸小,惯性就会小。
05:01
because along沿 with the small size尺寸
you get lower降低 inertia惯性.
85
289840
3536
惯性小——
05:05
Along沿 with lower降低 inertia惯性 --
86
293400
1536
(机器人嗡嗡声,笑声)
05:06
(Robot机器人 buzzing余音绕梁, laughter笑声)
87
294960
2856
惯性小,发生撞击的
可能性就低一些。
05:09
along沿 with lower降低 inertia惯性,
you're resistant to collisions碰撞.
88
297840
2816
这使得机器人更耐用。
05:12
And that makes品牌 you more robust强大的.
89
300680
1720
05:15
So just like these honeybees蜜蜂,
we build建立 small robots机器人.
90
303800
2656
模仿这些蜜蜂,
我们制作了小型机器人。
这个特殊的机器人只有25克重。
05:18
And this particular特定 one
is only 25 grams in weight重量.
91
306480
3376
它的耗电量仅为6瓦。
05:21
It consumes消耗 only six watts of power功率.
92
309880
2160
05:24
And it can travel旅行
up to six meters per second第二.
93
312440
2536
它的飞行速度可达每秒6米。
因此,如果我把它的尺寸按比例放大,
05:27
So if I normalize正常化 that to its size尺寸,
94
315000
2336
就好比一架波音787飞机
以10倍于音速的速度飞行。
05:29
it's like a Boeing波音 787 traveling旅行
ten times the speed速度 of sound声音.
95
317360
3640
05:36
(Laughter笑声)
96
324000
2096
(笑声)
我还要给你们展示一个例子。
05:38
And I want to show显示 you an example.
97
326120
1920
05:40
This is probably大概 the first planned计划 mid-air半空
collision碰撞, at one-twentieth二十分之一 normal正常 speed速度.
98
328840
5256
这可能是第一个计划中的
以20分之1正常速度进行的空中相撞。
它们的相对速度为每秒2米,
05:46
These are going at a relative相对的 speed速度
of two meters per second第二,
99
334120
2858
这里展示了基本的原理。
05:49
and this illustrates说明 the basic基本 principle原理.
100
337002
2480
05:52
The two-gram两克 carbon fiber纤维 cage around it
prevents防止 the propellers螺旋桨 from entangling缠结,
101
340200
4976
两克重的碳纤维笼子包围着它
使螺旋桨不会受损,
但最关键的是,撞击被吸收了,
机器人能够对撞击做出反应。
05:57
but essentially实质上 the collision碰撞 is absorbed吸收
and the robot机器人 responds响应 to the collisions碰撞.
102
345200
5296
并且,小也意味着安全。
06:02
And so small also means手段 safe安全.
103
350520
2560
06:05
In my lab实验室, as we developed发达 these robots机器人,
104
353400
2016
在我的实验室,
最初开发这些机器人的时候,
我们从大的机器人开始
06:07
we start开始 off with these big robots机器人
105
355440
1620
现在着手做小的机器人。
06:09
and then now we're down
to these small robots机器人.
106
357084
2812
如果你们看一下我们购买
创可贴的数量统计图,
06:11
And if you plot情节 a histogram直方图
of the number of Band-Aids创可贴 we've我们已经 ordered有序
107
359920
3456
就知道现在我们已经几乎不需要买了。
06:15
in the past过去, that sort分类 of tailed off now.
108
363400
2576
因为这些机器人非常安全。
06:18
Because these robots机器人 are really safe安全.
109
366000
1960
06:20
The small size尺寸 has some disadvantages缺点,
110
368760
2456
小尺寸也有一些缺点,
但是自然界有很多方法
来弥补这些缺陷。
06:23
and nature性质 has found发现 a number of ways方法
to compensate补偿 for these disadvantages缺点.
111
371240
4080
06:27
The basic基本 idea理念 is they aggregate骨料
to form形成 large groups, or swarms成群.
112
375960
4000
最基本的想法是,
它们可以聚集在一起组成大型的群落。
06:32
So, similarly同样, in our lab实验室,
we try to create创建 artificial人造 robot机器人 swarms成群.
113
380320
3976
因此,在实验室里,
我们也试着去组建机器人群组。
这是非常有难度的工作,
06:36
And this is quite相当 challenging具有挑战性的
114
384320
1381
因为我们要考虑飞行机器人网络。
06:37
because now you have to think
about networks网络 of robots机器人.
115
385725
3320
06:41
And within each robot机器人,
116
389360
1296
在每一个飞行器中,
我们都需要考虑传感,沟通和计算,
这些互相影响的因素——
06:42
you have to think about the interplay相互作用
of sensing传感, communication通讯, computation计算 --
117
390680
5616
这样的机器人网络
不易控制和管理。
06:48
and this network网络 then becomes
quite相当 difficult to control控制 and manage管理.
118
396320
4960
06:54
So from nature性质 we take away
three organizing组织 principles原则
119
402160
3296
从大自然中,我们汲取了
三个组织原则,
最终帮助我们完成了算法的发展。
06:57
that essentially实质上 allow允许 us
to develop发展 our algorithms算法.
120
405480
3160
07:01
The first idea理念 is that robots机器人
need to be aware知道的 of their neighbors邻居.
121
409640
4536
第一个是,机器人
需要注意到它的邻居们。
它们要有能力去感知相邻的机器人
并与它们交流。
07:06
They need to be able能够 to sense
and communicate通信 with their neighbors邻居.
122
414200
3440
07:10
So this video视频 illustrates说明 the basic基本 idea理念.
123
418040
2656
这个视频展示了最基本的想法。
有4个机器人——
07:12
You have four robots机器人 --
124
420720
1296
其中的一个被人手动控制了。
07:14
one of the robots机器人 has actually其实 been
hijacked劫持 by a human人的 operator操作者, literally按照字面.
125
422040
4240
07:19
But because the robots机器人
interact相互作用 with each other,
126
427217
2239
但是因为机器人会相互通讯,
它们能够感知到旁边机器人的行动,
07:21
they sense their neighbors邻居,
127
429480
1656
07:23
they essentially实质上 follow跟随.
128
431160
1296
也会跟着它移动。
07:24
And here there's a single person
able能够 to lead this network网络 of followers追随者.
129
432480
5360
这个人能够领导整个
飞行机器人群体的行动。
07:32
So again, it's not because all the robots机器人
know where they're supposed应该 to go.
130
440000
5056
再强调一次,这并不是因为
所有的机器人都知道它们要去哪里。
而是它们能根据相邻机器人位置变化
做出相应的反应。
07:37
It's because they're just reacting反应
to the positions位置 of their neighbors邻居.
131
445080
4320
07:43
(Laughter笑声)
132
451720
4120
(笑声)
07:48
So the next下一个 experiment实验 illustrates说明
the second第二 organizing组织 principle原理.
133
456280
5240
下一个实验展示了第二个组织原则。
07:54
And this principle原理 has to do
with the principle原理 of anonymity匿名.
134
462920
3800
这个原则与匿名原则有关。
07:59
Here the key idea理念 is that
135
467400
4296
其中的关键在于,
机器人是不知道与它们相邻的
机器人的身份的。
08:03
the robots机器人 are agnostic不可知
to the identities身份 of their neighbors邻居.
136
471720
4240
08:08
They're asked to form形成 a circular shape形状,
137
476440
2616
它们被要求形成一个圆圈,
不管你往这个阵列中放多少个机器人,
08:11
and no matter how many许多 robots机器人
you introduce介绍 into the formation编队,
138
479080
3296
或者是你拿出来多少个机器人,
08:14
or how many许多 robots机器人 you pull out,
139
482400
2576
每个机器人都会很简单地
根据它相邻机器人的行为做出反应。
08:17
each robot机器人 is simply只是
reacting反应 to its neighbor邻居.
140
485000
3136
它清楚地知道需要形成圆圈,
08:20
It's aware知道的 of the fact事实 that it needs需求
to form形成 the circular shape形状,
141
488160
4976
与它的相邻机器人配合行动,
08:25
but collaborating合作 with its neighbors邻居
142
493160
1776
这个过程不需要中枢系统协调。
08:26
it forms形式 the shape形状
without central中央 coordination协调.
143
494960
3720
08:31
Now if you put these ideas思路 together一起,
144
499520
2416
综合这两个想法之后,
第三个想法就是我们会
08:33
the third第三 idea理念 is that we
essentially实质上 give these robots机器人
145
501960
3896
用数学方式来描述
它们需要组成的阵列形状。
08:37
mathematical数学的 descriptions说明
of the shape形状 they need to execute执行.
146
505880
4296
这些形状会根据时间发生变化,
08:42
And these shapes形状 can be varying不同
as a function功能 of time,
147
510200
3496
你们看到这些飞行器
从一个圆形开始,
08:45
and you'll你会 see these robots机器人
start开始 from a circular formation编队,
148
513720
4496
接着变为长方形,
然后变成一条直线,
08:50
change更改 into a rectangular长方形 formation编队,
stretch伸展 into a straight直行 line线,
149
518240
3256
又变回椭圆形。
08:53
back into an ellipse椭圆.
150
521520
1375
它们通过瞬间的协调
来完成这些动作,
08:54
And they do this with the same相同
kind of split-second一瞬间 coordination协调
151
522919
3617
就像自然界里的蜂群一样。
08:58
that you see in natural自然 swarms成群, in nature性质.
152
526560
3280
09:03
So why work with swarms成群?
153
531080
2136
为什么要模仿蜂群呢?
我们对这项技术的两种应用
非常感兴趣。
09:05
Let me tell you about two applications应用
that we are very interested有兴趣 in.
154
533240
4120
09:10
The first one has to do with agriculture农业,
155
538160
2376
第一个有关于农业,
农业应该是全球面临最严峻的问题。
09:12
which哪一个 is probably大概 the biggest最大 problem问题
that we're facing面对 worldwide全世界.
156
540560
3360
09:16
As you well know,
157
544760
1256
大家都知道,
地球上每7个人中就有1个营养不良。
09:18
one in every一切 seven persons
in this earth地球 is malnourished营养不良.
158
546040
3520
09:21
Most of the land土地 that we can cultivate培育
has already已经 been cultivated.
159
549920
3480
我们耕种了绝大部分可耕的土地。
09:25
And the efficiency效率 of most systems系统
in the world世界 is improving提高,
160
553960
3216
世界上很多系统的效率都在提高,
但是我们生产系统的
效率事实上却是在下降。
09:29
but our production生产 system系统
efficiency效率 is actually其实 declining下降.
161
557200
3520
09:33
And that's mostly大多 because of water
shortage短缺, crop作物 diseases疾病, climate气候 change更改
162
561080
4216
很大程度上源于水源短缺,
作物病害,气候变化
和许多其他的原因。
09:37
and a couple一对 of other things.
163
565320
1520
09:39
So what can robots机器人 do?
164
567360
1480
那么,这些机器人能做什么呢?
09:41
Well, we adopt采用 an approach途径 that's
called Precision精确 Farming农业 in the community社区.
165
569200
4616
我们称之为社区里的精密耕作。
我们基本的想法是
让这些飞行机器人飞越果园,
09:45
And the basic基本 idea理念 is that we fly
aerial天线 robots机器人 through通过 orchards果园,
166
573840
5376
为每一株植物搭建精密的模型。
09:51
and then we build建立
precision精确 models楷模 of individual个人 plants植物.
167
579240
3120
09:54
So just like personalized个性化 medicine医学,
168
582829
1667
就像个性化的机器,
想象每个病人都有一对一服务,
09:56
while you might威力 imagine想像 wanting希望
to treat对待 every一切 patient患者 individually个别地,
169
584520
4816
我们要做的就是
为每株植物单独建立模型,
10:01
what we'd星期三 like to do is build建立
models楷模 of individual个人 plants植物
170
589360
3696
然后告诉农民
每株植物各需要些什么——
10:05
and then tell the farmer农民
what kind of inputs输入 every一切 plant needs需求 --
171
593080
4136
需要的因素在这里指的是水,
肥料和杀虫剂。
10:09
the inputs输入 in this case案件 being存在 water,
fertilizer肥料 and pesticide农药.
172
597240
4440
10:14
Here you'll你会 see robots机器人
traveling旅行 through通过 an apple苹果 orchard果园,
173
602640
3616
你们现在看到的是
机器人飞过一片苹果园,
很快你们就会看到另外两个机器人
10:18
and in a minute分钟 you'll你会 see
two of its companions同伴
174
606280
2256
在左侧做着同样的事。
10:20
doing the same相同 thing on the left side.
175
608560
1810
10:22
And what they're doing is essentially实质上
building建造 a map地图 of the orchard果园.
176
610800
3656
它们在制作果园的地图。
这个地图里有果园里每株植物的位置。
10:26
Within the map地图 is a map地图
of every一切 plant in this orchard果园.
177
614480
2816
10:29
(Robot机器人 buzzing余音绕梁)
178
617320
1656
(机器人嗡嗡声)
我们来看一下
这些地图是什么样子的。
10:31
Let's see what those maps地图 look like.
179
619000
1896
在下一个视频中,你们会看到
机器人上安装的各种摄像头。
10:32
In the next下一个 video视频, you'll你会 see the cameras相机
that are being存在 used on this robot机器人.
180
620920
4296
左上角的是一个高清彩色摄像机。
10:37
On the top-left左上方 is essentially实质上
a standard标准 color颜色 camera相机.
181
625240
3240
10:41
On the left-center左中心 is an infrared红外线 camera相机.
182
629640
3296
左边中间的是一个红外线摄像机。
左下方的是一个热成像摄像机。
10:44
And on the bottom-left左下方
is a thermal camera相机.
183
632960
3776
在主面板上,你们会看到
每一株果树的三维图像。
10:48
And on the main主要 panel面板, you're seeing眼看
a three-dimensional三维 reconstruction重建
184
636760
3336
这是当机器人飞过果树时
传感器采集到的数据。
10:52
of every一切 tree in the orchard果园
as the sensors传感器 fly right past过去 the trees树木.
185
640120
6120
10:59
Armed武装 with information信息 like this,
we can do several一些 things.
186
647640
4040
有了这些信息,
我们就可以做很多事情。
11:04
The first and possibly或者 the most important重要
thing we can do is very simple简单:
187
652200
4256
我们能做的第一件也可能是最重要的事
非常简单:
清点每株果树上果实的数量。
11:08
count计数 the number of fruits水果 on every一切 tree.
188
656480
2440
11:11
By doing this, you tell the farmer农民
how many许多 fruits水果 she has in every一切 tree
189
659520
4536
这样,你就能告诉农民
每株果树上有多少果实,
农民就能估算出果园的产量,
11:16
and allow允许 her to estimate估计
the yield产量 in the orchard果园,
190
664080
4256
并调整下游的生产链。
11:20
optimizing优化 the production生产
chain downstream下游.
191
668360
2840
11:23
The second第二 thing we can do
192
671640
1616
我们能做的第二件事是
给植物建构三维立体图,
11:25
is take models楷模 of plants植物, construct构造
three-dimensional三维 reconstructions重建,
193
673280
4496
从而推算出树冠的尺寸,
11:29
and from that estimate估计 the canopy华盖 size尺寸,
194
677800
2536
然后通过树冠尺寸推算出
每株植物的树叶面积。
11:32
and then correlate关联 the canopy华盖 size尺寸
to the amount of leaf area on every一切 plant.
195
680360
3776
这被称为树叶面积指数。
11:36
And this is called the leaf area index指数.
196
684160
2176
那么如果我们知道一棵树的
树叶面积指数,
11:38
So if you know this leaf area index指数,
197
686360
1936
就能大概测算出这株果树
在进行多少光合作用,
11:40
you essentially实质上 have a measure测量 of how much
photosynthesis光合作用 is possible可能 in every一切 plant,
198
688320
5456
就能知道这株果树的健康状况。
11:45
which哪一个 again tells告诉 you
how healthy健康 each plant is.
199
693800
2880
11:49
By combining结合 visual视觉
and infrared红外线 information信息,
200
697520
4216
将视觉信息和红外线信息合起来,
我们还能计算出一些指数,
例如常态化差值植生指数。
11:53
we can also compute计算 indices指数 such这样 as NDVINDVI.
201
701760
3296
在这个例子中,
你们可以明显看到
11:57
And in this particular特定 case案件,
you can essentially实质上 see
202
705080
2816
有一些植物并不像其他植物那样健康。
11:59
there are some crops作物 that are
not doing as well as other crops作物.
203
707920
3016
在图像中很容易识别,
12:02
This is easily容易 discernible可识别的 from imagery意象,
204
710960
4056
不仅是在视觉图像中,而是结合了
12:07
not just visual视觉 imagery意象 but combining结合
205
715040
2216
视觉和红外线的图像中。
12:09
both visual视觉 imagery意象 and infrared红外线 imagery意象.
206
717280
2776
最后,
12:12
And then lastly最后,
207
720080
1336
我们感兴趣的另一件事
是检测早期的植被萎黄病——
12:13
one thing we're interested有兴趣 in doing is
detecting检测 the early onset发病 of chlorosis萎黄 --
208
721440
4016
这是一棵橘子树——
12:17
and this is an orange橙子 tree --
209
725480
1496
你们可以看到泛黄的树叶。
12:19
which哪一个 is essentially实质上 seen看到
by yellowing of leaves树叶.
210
727000
2560
12:21
But robots机器人 flying飞行 overhead高架
can easily容易 spot this autonomously自主
211
729880
3896
当机器人飞过这棵树的顶部
就能很快自主识别出来,
然后报告农民
他/她遇到问题了,
12:25
and then report报告 to the farmer农民
that he or she has a problem问题
212
733800
2936
就在果园的这个区域。
12:28
in this section部分 of the orchard果园.
213
736760
1520
12:30
Systems系统 like this can really help,
214
738800
2696
这样的系统真的非常实用,
我们估计这能帮助农业产量提升10%,
12:33
and we're projecting突出 yields产量
that can improve提高 by about ten percent百分
215
741520
5816
更重要的是,通过使用飞行器蜂群,
12:39
and, more importantly重要的, decrease减少
the amount of inputs输入 such这样 as water
216
747360
3216
水资源的用量能够降低25%。
12:42
by 25 percent百分 by using运用
aerial天线 robot机器人 swarms成群.
217
750600
3280
12:47
Lastly最后, I want you to applaud鼓掌
the people who actually其实 create创建 the future未来,
218
755200
5736
最后,我希望大家为创造未来的人们
致以热烈的掌声,
Yash Mulgaonkar, Sikang Liu
和Giuseppe Loianno,
12:52
Yash佳日 MulgaonkarMulgaonkar, Sikang抗感冒 Liu
and Giuseppe朱塞佩 LoiannoLoianno,
219
760960
4920
你们看到的三次演示都是他们完成的。
12:57
who are responsible主管 for the three
demonstrations示威 that you saw.
220
765920
3496
谢谢。
13:01
Thank you.
221
769440
1176
(掌声)
13:02
(Applause掌声)
222
770640
5920
Translated by Zhiting Chen
Reviewed by Yinchun Rui

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ABOUT THE SPEAKER
Vijay Kumar - Roboticist
As the dean of the University of Pennsylvania's School of Engineering and Applied Science, Vijay Kumar studies the control and coordination of multi-robot formations.

Why you should listen

At the General Robotics, Automation, Sensing and Perception (GRASP) Lab at the University of Pennsylvania, flying quadrotor robots move together in eerie formation, tightening themselves into perfect battalions, even filling in the gap when one of their own drops out. You might have seen viral videos of the quads zipping around the netting-draped GRASP Lab (they juggle! they fly through a hula hoop!). Vijay Kumar headed this lab from 1998-2004. He's now the dean of the School of Engineering and Applied Science at the University of Pennsylvania in Philadelphia, where he continues his work in robotics, blending computer science and mechanical engineering to create the next generation of robotic wonders.

More profile about the speaker
Vijay Kumar | Speaker | TED.com