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

偉傑.庫馬爾: 無人機的未來

Filmed:
1,780,679 views

在他賓夕法尼亞大學的實驗室裡頭,偉傑.庫馬爾與他的團隊以蜜蜂為靈感,開發了自動飛行機器人(無人機)。他們最新的突破用於精准農業,運用無人機集群來勘查、重建與分析果園裡的每一株植物,每一個果實,為農民提供重要的資訊,幫助他們增加畝產,並進行更智能化的灌溉管理。
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:13
In my lab實驗室, we build建立
autonomous自主性 aerial天線 robots機器人
0
1280
3656
在我的實驗室,我們製造
自動式飛行測量機器人,
00:16
like the one you see flying飛行 here.
1
4960
1880
比如現在正在飛的這個。
00:20
Unlike不像 the commercially商業 available可得到 drones無人駕駛飛機
that you can buy購買 today今天,
2
8720
3696
和那些可以在市場上
買到的飛行器不同的是,
00:24
this robot機器人 doesn't have any GPS全球定位系統 on board.
3
12440
2640
這個飛行器並沒有搭載全球定位系統(GPS)。
00:28
So without GPS全球定位系統,
4
16160
1216
沒有定位系統,
00:29
it's hard for robots機器人 like this
to determine確定 their position位置.
5
17400
3280
飛行器很難確定它們自己所在的位置。
00:34
This robot機器人 uses使用 onboard在船上 sensors傳感器,
cameras相機 and laser激光 scanners掃描儀,
6
22240
4736
這個飛行器自帶傳感器、
攝像機和激光掃描儀,
00:39
to scan掃描 the environment環境.
7
27000
1696
用於掃描檢測周圍的環境。
00:40
It detects檢測 features特徵 from the environment環境,
8
28720
3056
飛行器從周圍環境中探測物體,
00:43
and it determines確定 where it is
relative相對的 to those features特徵,
9
31800
2736
用三角測量法,
00:46
using運用 a method方法 of triangulation三角.
10
34560
2136
確定自己和周圍物體的相對位置和距離。
00:48
And then it can assemble集合
all these features特徵 into a map地圖,
11
36720
3456
然後將這些物體整合到一張地圖中,
00:52
like you see behind背後 me.
12
40200
1736
像我身後展示的這樣。
00:53
And this map地圖 then allows允許 the robot機器人
to understand理解 where the obstacles障礙 are
13
41960
3936
這個地圖可以使飛行器了解
那些外界物體的位置,
00:57
and navigate導航 in a collision-free無碰撞 manner方式.
14
45920
2720
從而在導航的時候避免碰撞。
01:01
What I want to show顯示 you next下一個
15
49160
2096
接下來我想展示給你們的
01:03
is a set of experiments實驗
we did inside our laboratory實驗室,
16
51280
3216
是我們在實驗室中做的一系列實驗,
01:06
where this robot機器人 was able能夠
to go for longer distances距離.
17
54520
3480
在實驗室中飛行器可以進行長距離飛行。
01:10
So here you'll你會 see, on the top最佳 right,
what the robot機器人 sees看到 with the camera相機.
18
58400
5016
你們看,在右上方的位置,是飛行器
在攝像機中“看”到的場景,
01:15
And on the main主要 screen屏幕 --
19
63440
1216
以及在主屏幕中的樣子,
01:16
and of course課程 this is sped加快 up
by a factor因子 of four --
20
64680
2456
當然這個視頻是以4倍速度在播放,
01:19
on the main主要 screen屏幕 you'll你會 see
the map地圖 that it's building建造.
21
67160
2667
在主屏幕上你可以看到地圖的搭建進程。
01:21
So this is a high-resolution高分辨率 map地圖
of the corridor走廊 around our laboratory實驗室.
22
69851
4285
這是一個高分辨率的實驗室周圍走廊的地圖。
01:26
And in a minute分鐘
you'll你會 see it enter輸入 our lab實驗室,
23
74160
2336
馬上你們將看到飛行器飛入我們的實驗室,
01:28
which哪一個 is recognizable識別
by the clutter雜波 that you see.
24
76520
2856
一看這麼亂就知道是我們實驗室。
01:31
(Laughter笑聲)
25
79400
1016
(笑聲)
01:32
But the main主要 point I want to convey傳達 to you
26
80440
2007
我想說的重點是,
01:34
is that these robots機器人 are capable
of building建造 high-resolution高分辨率 maps地圖
27
82472
3584
這些飛行器可以創建
高達5釐米*5釐米(每像素)的
01:38
at five centimeters公分 resolution解析度,
28
86080
2496
高分辨率地圖,
01:40
allowing允許 somebody who is outside the lab實驗室,
or outside the building建造
29
88600
4176
可以使那些在實驗室外或者建築物外的人,
01:44
to deploy部署 these
without actually其實 going inside,
30
92800
3216
不用進入內部就可以進行部署,
01:48
and trying to infer推斷
what happens發生 inside the building建造.
31
96040
3760
並嘗試推斷建築物內部的事態情況。
01:52
Now there's one problem問題
with robots機器人 like this.
32
100400
2240
這些飛行器有一些主要的缺點。
01:55
The first problem問題 is it's pretty漂亮 big.
33
103600
2200
第一,它體積很大。
01:58
Because it's big, it's heavy.
34
106120
1680
因為它體積較大,所以比較重。
02:00
And these robots機器人 consume消耗
about 100 watts per pound.
35
108640
3040
這些飛行器消耗大概每磅消耗100瓦能量,
02:04
And this makes品牌 for
a very short mission任務 life.
36
112360
2280
這就使得它們只能執行短時間任務。
02:08
The second第二 problem問題
37
116000
1456
第二個缺點,
02:09
is that these robots機器人 have onboard在船上 sensors傳感器
that end結束 up being存在 very expensive昂貴 --
38
117480
3896
這些飛行器自帶的傳感器很昂貴:
02:13
a laser激光 scanner掃描器, a camera相機
and the processors處理器.
39
121400
3440
包括一個雷射光光掃描儀、一個攝像機,
還有多個處理器,
02:17
That drives驅動器 up the cost成本 of this robot機器人.
40
125280
3040
這些都使得飛行器的製造成本上升。
02:21
So we asked ourselves我們自己 a question:
41
129440
2656
於是我們就問自己:
02:24
what consumer消費者 product產品
can you buy購買 in an electronics電子產品 store商店
42
132120
3776
什麼樣的產品是可以在電子商店裡買到的?
02:27
that is inexpensive便宜, that's lightweight輕量級,
that has sensing傳感 onboard在船上 and computation計算?
43
135920
6280
那種價格不貴的、輕便,
並且自帶傳感器和處理器的......
02:36
And we invented發明 the flying飛行 phone電話.
44
144080
2656
於是我們發明了“飛行手機”。
02:38
(Laughter笑聲)
45
146760
1936
(笑聲)
02:40
So this robot機器人 uses使用 a Samsung三星 Galaxy星系
smartphone手機 that you can buy購買 off the shelf,
46
148720
6176
這個飛行器搭載了一個
常見的三星智慧型手機,
02:46
and all you need is an app應用 that you
can download下載 from our app應用 store商店.
47
154920
4016
另外你只需要一個手機應用,
可以在我們的應用商店下載。
02:50
And you can see this robot機器人
reading the letters, "TEDTED" in this case案件,
48
158960
4216
你們可以看到這個飛行器
正在讀TED這幾個字母,
02:55
looking at the corners角落
of the "T" and the "E"
49
163200
2936
它主要關注T和E這些字母的邊角,
02:58
and then triangulating三角 off of that,
flying飛行 autonomously自主.
50
166160
3480
然後應用三角測量法自主飛行。
03:02
That joystick操縱桿 is just there
to make sure if the robot機器人 goes crazy,
51
170720
3256
那個手柄只是放在那,避免飛行器突然失控,
03:06
Giuseppe朱塞佩 can kill it.
52
174000
1416
Giuseppe同學就能廢了它。
03:07
(Laughter笑聲)
53
175440
1640
(笑聲)
03:10
In addition加成 to building建造
these small robots機器人,
54
178920
3816
除了製作這些小飛行器之外,
03:14
we also experiment實驗 with aggressive侵略性
behaviors行為, like you see here.
55
182760
4800
我們還實驗了一些比較激烈的動作。
03:19
So this robot機器人 is now traveling旅行
at two to three meters per second第二,
56
187920
5296
這個飛行器的當前速度是2到3米每秒,
03:25
pitching鋪地石 and rolling壓延 aggressively積極
as it changes變化 direction方向.
57
193240
3496
較為激烈地起落和翻滾。
03:28
The main主要 point is we can have
smaller robots機器人 that can go faster更快
58
196760
4256
重點是,我們可以製作更小的飛行器,
它們飛得更快,
03:33
and then travel旅行 in these
very unstructured非結構化 environments環境.
59
201040
2960
它們可以在不規則的環境中飛行。
03:37
And in this next下一個 video視頻,
60
205120
2056
在下一個視頻中,
03:39
just like you see this bird, an eagle,
gracefully優雅 coordinating協調 its wings翅膀,
61
207200
5896
就像你看到的這隻鷹很優雅地扇動翅膀,
03:45
its eyes眼睛 and feet
to grab prey獵物 out of the water,
62
213120
4296
和眼睛、爪子一起協調,從水中抓魚,
03:49
our robot機器人 can go fishing釣魚, too.
63
217440
1896
我們的飛行器也能這麼抓魚。
03:51
(Laughter笑聲)
64
219360
1496
(笑聲)
03:52
In this case案件, this is a Philly費城 cheesesteak奶酪牛排
hoagie潛艇堡 that it's grabbing out of thin air空氣.
65
220880
4056
在這裡,它是從空氣中抓到一個
菲力芝士牛排三明治。
03:56
(Laughter笑聲)
66
224960
2400
(笑聲)
03:59
So you can see this robot機器人
going at about three meters per second第二,
67
227680
3296
這個飛行器大概每秒飛行3公尺,
04:03
which哪一個 is faster更快 than walking步行 speed速度,
coordinating協調 its arms武器, its claws
68
231000
5136
比我們步行速度更快,
它在瞬間協調了機械臂、機械爪
04:08
and its flight飛行 with split-second一瞬間 timing定時
to achieve實現 this maneuver演習.
69
236160
4120
和飛行動作來完成整個流程。
04:14
In another另一個 experiment實驗,
70
242120
1216
在另一個實驗中,
04:15
I want to show顯示 you
how the robot機器人 adapts適應 its flight飛行
71
243360
3656
我將展示給各位這個飛行器如何自適應飛行,
04:19
to control控制 its suspended暫停 payload有效載荷,
72
247040
2376
來控制它的懸掛負載。
04:21
whose誰的 length長度 is actually其實 larger
than the width寬度 of the window窗口.
73
249440
3800
這個負載的長度比飛行器
要穿過的窗戶還要大。
04:25
So in order訂購 to accomplish完成 this,
74
253680
1696
為了做到這一點,
04:27
it actually其實 has to pitch瀝青
and adjust調整 the altitude高度
75
255400
3696
它必須利用起落來控制高度,
04:31
and swing搖擺 the payload有效載荷 through通過.
76
259120
2320
並且通過擺動將負載擺過窗子。
04:38
But of course課程 we want
to make these even smaller,
77
266920
2296
當然,我們想把這些飛行器變得更小。
04:41
and we're inspired啟發
in particular特定 by honeybees蜜蜂.
78
269240
3016
我們受到了蜜蜂的啟發。
04:44
So if you look at honeybees蜜蜂,
and this is a slowed放緩 down video視頻,
79
272280
3256
如果你仔細觀察蜜蜂,在這個慢速的視頻中,
04:47
they're so small,
the inertia慣性 is so lightweight輕量級 --
80
275560
3720
它們體積很小,慣性也很小,
04:51
(Laughter笑聲)
81
279960
1176
(笑聲)
04:53
that they don't care關心 --
they bounce彈跳 off my hand, for example.
82
281160
3536
所以它們并不在意 - 比如說從我手上彈開。
04:56
This is a little robot機器人
that mimics模仿 the honeybee蜜蜂 behavior行為.
83
284720
3160
這是一個模仿蜜蜂動作的小型飛行器。
05:00
And smaller is better,
84
288600
1216
越小越好。
05:01
because along沿 with the small size尺寸
you get lower降低 inertia慣性.
85
289840
3536
因為更小的體積會有更小的慣性。
05:05
Along沿 with lower降低 inertia慣性 --
86
293400
1536
更小的慣性 --
05:06
(Robot機器人 buzzing餘音繞樑, laughter笑聲)
87
294960
2856
(飛行器蜂鳴,笑聲)
05:09
along沿 with lower降低 inertia慣性,
you're resistant to collisions碰撞.
88
297840
2816
更小的慣性,就更加不怕碰撞,
05:12
And that makes品牌 you more robust強大的.
89
300680
1720
這使飛行器更加強壯。
05:15
So just like these honeybees蜜蜂,
we build建立 small robots機器人.
90
303800
2656
所以就像這些蜜蜂一樣,
我們製造了小型飛行器。
05:18
And this particular特定 one
is only 25 grams in weight重量.
91
306480
3376
你們看到的這個只有25公克重,
05:21
It consumes消耗 only six watts of power功率.
92
309880
2160
它只消耗6瓦能量。
05:24
And it can travel旅行
up to six meters per second第二.
93
312440
2536
它可以每秒飛行6公尺。
05:27
So if I normalize正常化 that to its size尺寸,
94
315000
2336
所以如果我把它的尺寸標準化,
05:29
it's like a Boeing波音 787 traveling旅行
ten times the speed速度 of sound聲音.
95
317360
3640
它就像是一架以10倍
音速飛行的波音787飛機。
05:36
(Laughter笑聲)
96
324000
2096
(笑聲)
05:38
And I want to show顯示 you an example.
97
326120
1920
我還想給你們看一個例子。
05:40
This is probably大概 the first planned計劃 mid-air半空
collision碰撞, at one-twentieth二十分之一 normal正常 speed速度.
98
328840
5256
這可能是第一個計劃性的控制碰撞,
降速20倍播放。
05:46
These are going at a relative相對的 speed速度
of two meters per second第二,
99
334120
2858
兩個飛行器以相對速度每秒2米飛行,
05:49
and this illustrates說明 the basic基本 principle原理.
100
337002
2480
這闡釋了基本原理。
05:52
The two-gram兩克 carbon fiber纖維 cage around it
prevents防止 the propellers螺旋槳 from entangling纏結,
101
340200
4976
圍住飛行器的是碳纖維架,重2公克。
用於防止兩架飛行器的螺旋槳卷到一起。
05:57
but essentially實質上 the collision碰撞 is absorbed吸收
and the robot機器人 responds響應 to the collisions碰撞.
102
345200
5296
最終碰撞力量被吸收了,
飛行器也對碰撞有良好反應。
06:02
And so small also means手段 safe安全.
103
350520
2560
所以小尺寸意味著高安全性。
06:05
In my lab實驗室, as we developed發達 these robots機器人,
104
353400
2016
在我的實驗室中,
就像我們研發這些飛行器一樣,
06:07
we start開始 off with these big robots機器人
105
355440
1620
我們從研發大型飛行器開始。
06:09
and then now we're down
to these small robots機器人.
106
357084
2812
到現在我們研發這些小飛行器。
06:11
And if you plot情節 a histogram直方圖
of the number of Band-Aids創可貼 we've我們已經 ordered有序
107
359920
3456
如果用一個柱狀圖來記錄
我們買過的OK繃的數量,
06:15
in the past過去, that sort分類 of tailed off now.
108
363400
2576
現在我們幾乎不需要買了。
06:18
Because these robots機器人 are really safe安全.
109
366000
1960
因為這些飛行器非常安全。
06:20
The small size尺寸 has some disadvantages缺點,
110
368760
2456
小體積也有一些缺陷,
06:23
and nature性質 has found發現 a number of ways方法
to compensate補償 for these disadvantages缺點.
111
371240
4080
但是自然界找到了很多方法來彌補這些缺點。
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
最基本的概念是牠們
集合到一起組成大型的群族。
06:32
So, similarly同樣, in our lab實驗室,
we try to create創建 artificial人造 robot機器人 swarms成群.
113
380320
3976
所以同樣的在我們實驗室,
我們嘗試創建機器人(飛行器)群族。
06:36
And this is quite相當 challenging具有挑戰性的
114
384320
1381
這並不容易,
06:37
because now you have to think
about networks網絡 of robots機器人.
115
385725
3320
因為我們需要考慮飛行器的網絡操作。
06:41
And within each robot機器人,
116
389360
1296
在每一個飛行器中,
06:42
you have to think about the interplay相互作用
of sensing傳感, communication通訊, computation計算 --
117
390680
5616
我們需要顧及到傳感、通訊
和計算的相互作用 --
06:48
and this network網絡 then becomes
quite相當 difficult to control控制 and manage管理.
118
396320
4960
這個網絡結構非常難以控制和管理。
06:54
So from nature性質 we take away
three organizing組織 principles原則
119
402160
3296
所以我們從大自然中學習到三個組織原則,
06:57
that essentially實質上 allow允許 us
to develop發展 our algorithms算法.
120
405480
3160
最終幫助我們完成了算法。
07:01
The first idea理念 is that robots機器人
need to be aware知道的 of their neighbors鄰居.
121
409640
4536
第一個是,飛行器需要關注
附近的其他飛行器。
07:06
They need to be able能夠 to sense
and communicate通信 with their neighbors鄰居.
122
414200
3440
它們要能夠探測到附近的
其他飛行器並與其進行通訊。
07:10
So this video視頻 illustrates說明 the basic基本 idea理念.
123
418040
2656
這個視頻闡述了基本概念。
07:12
You have four robots機器人 --
124
420720
1296
有四台飛行器,
07:14
one of the robots機器人 has actually其實 been
hijacked劫持 by a human人的 operator操作者, literally按照字面.
125
422040
4240
其中一台被實驗員握在手中。
07:19
But because the robots機器人
interact相互作用 with each other,
126
427217
2239
但是因為每個飛行器都與其他飛行器有交互,
07:21
they sense their neighbors鄰居,
127
429480
1656
它們能探測到彼此,
07:23
they essentially實質上 follow跟隨.
128
431160
1296
就會跟隨實驗員手中的飛行器。
07:24
And here there's a single person
able能夠 to lead this network網絡 of followers追隨者.
129
432480
5360
所以這個實驗員能夠主導這一群飛行器。
07:32
So again, it's not because all the robots機器人
know where they're supposed應該 to go.
130
440000
5056
這並不是因為這些飛行器
知道它們該飛往哪裡。
07:37
It's because they're just reacting反應
to the positions位置 of their neighbors鄰居.
131
445080
4320
這隻是因為它們在對
彼此的位置進行交互和反饋。
07:43
(Laughter笑聲)
132
451720
4120
(笑聲)
07:48
So the next下一個 experiment實驗 illustrates說明
the second第二 organizing組織 principle原理.
133
456280
5240
下一個實驗闡述了第二個自然組織法則。
07:54
And this principle原理 has to do
with the principle原理 of anonymity匿名.
134
462920
3800
這個原則與匿名原則有關。
07:59
Here the key idea理念 is that
135
467400
4296
重點在於,
08:03
the robots機器人 are agnostic不可知
to the identities身份 of their neighbors鄰居.
136
471720
4240
每個飛行器並不知道
附近其他飛行器的身份。
08:08
They're asked to form形成 a circular shape形狀,
137
476440
2616
這些飛行器被要求組成一個圓形陣列,
08:11
and no matter how many許多 robots機器人
you introduce介紹 into the formation編隊,
138
479080
3296
不管你增加多少飛行器進去,
08:14
or how many許多 robots機器人 you pull out,
139
482400
2576
或者拿開多少飛行器,
08:17
each robot機器人 is simply只是
reacting反應 to its neighbor鄰居.
140
485000
3136
每個飛行器都只是在跟附近的飛行器交互。
08:20
It's aware知道的 of the fact事實 that it needs需求
to form形成 the circular shape形狀,
141
488160
4976
它們知道它們需要組成圓陣,
08:25
but collaborating合作 with its neighbors鄰居
142
493160
1776
與其他飛行器進行配合,
08:26
it forms形式 the shape形狀
without central中央 coordination協調.
143
494960
3720
這個過程並不需要中樞協調。
08:31
Now if you put these ideas思路 together一起,
144
499520
2416
現在如果我們綜合來看,
08:33
the third第三 idea理念 is that we
essentially實質上 give these robots機器人
145
501960
3896
第三個原則是我們最終應用到飛行器上的,
08:37
mathematical數學的 descriptions說明
of the shape形狀 they need to execute執行.
146
505880
4296
用數學來描述它們需要組成的陣列形狀。
08:42
And these shapes形狀 can be varying不同
as a function功能 of time,
147
510200
3496
這些形狀可以根據一個時間函數進行變化,
08:45
and you'll你會 see these robots機器人
start開始 from a circular formation編隊,
148
513720
4496
我們會看到這些飛行器從一個圓形陣列開始,
08:50
change更改 into a rectangular長方形 formation編隊,
stretch伸展 into a straight直行 line,
149
518240
3256
接著變為長方形陣,然後是一條直線,
08:53
back into an ellipse橢圓.
150
521520
1375
最後變回橢圓形陣。
08:54
And they do this with the same相同
kind of split-second一瞬間 coordination協調
151
522919
3617
它們同樣是瞬間協調來完成這些動作,
08:58
that you see in natural自然 swarms成群, in nature性質.
152
526560
3280
就像自然界的群族一樣。
09:03
So why work with swarms成群?
153
531080
2136
那麼為什麼要模仿群族呢?
09:05
Let me tell you about two applications應用
that we are very interested有興趣 in.
154
533240
4120
我們對兩方面的應用很感興趣。
09:10
The first one has to do with agriculture農業,
155
538160
2376
首先是農業,
09:12
which哪一個 is probably大概 the biggest最大 problem問題
that we're facing面對 worldwide全世界.
156
540560
3360
這可能是世界範圍內最嚴峻的問題。
09:16
As you well know,
157
544760
1256
你們都知道,
09:18
one in every一切 seven persons
in this earth地球 is malnourished營養不良.
158
546040
3520
世界上每七個人中就有一個人營養不良。
09:21
Most of the land土地 that we can cultivate培育
has already已經 been cultivated.
159
549920
3480
絕大部分可用耕地都已經被開墾耕種。
09:25
And the efficiency效率 of most systems系統
in the world世界 is improving提高,
160
553960
3216
世界上大多數系統的效率都在提升,
09:29
but our production生產 system系統
efficiency效率 is actually其實 declining下降.
161
557200
3520
但是我們生產系統的效率卻在降低。
09:33
And that's mostly大多 because of water
shortage短缺, crop作物 diseases疾病, climate氣候 change更改
162
561080
4216
這主要是由於水資源缺乏、
農作物疾病和氣候變化,
09:37
and a couple一對 of other things.
163
565320
1520
和其他的一些原因。
09:39
So what can robots機器人 do?
164
567360
1480
那麼機器人能做些什麼呢?
09:41
Well, we adopt採用 an approach途徑 that's
called Precision精確 Farming農業 in the community社區.
165
569200
4616
我們在社區中採用了一種
叫做“精確種植”的方法。
09:45
And the basic基本 idea理念 is that we fly
aerial天線 robots機器人 through通過 orchards果園,
166
573840
5376
基本思路是用機器人飛行器在果園中飛行,
09:51
and then we build建立
precision精確 models楷模 of individual個人 plants植物.
167
579240
3120
為每一棵農作物搭建精確的模型。
09:54
So just like personalized個性化 medicine醫學,
168
582829
1667
就像個體化用藥一樣,
09:56
while you might威力 imagine想像 wanting希望
to treat對待 every一切 patient患者 individually個別地,
169
584520
4816
對每個病人要對症下藥,
10:01
what we'd星期三 like to do is build建立
models楷模 of individual個人 plants植物
170
589360
3696
我們所做的是給每一棵農作物創建模型,
10:05
and then tell the farmer農民
what kind of inputs輸入 every一切 plant needs需求 --
171
593080
4136
並告訴農民每一棵農作物分別需要什麼:
10:09
the inputs輸入 in this case案件 being存在 water,
fertilizer肥料 and pesticide農藥.
172
597240
4440
可能是水、也可能是化肥或者殺蟲劑。
10:14
Here you'll你會 see robots機器人
traveling旅行 through通過 an apple蘋果 orchard果園,
173
602640
3616
你們可以看到飛行器正在蘋果園中穿行,
10:18
and in a minute分鐘 you'll你會 see
two of its companions同伴
174
606280
2256
馬上你們還會看到另外兩台飛行器,
10:20
doing the same相同 thing on the left side.
175
608560
1810
正在左邊做同樣的工作。
10:22
And what they're doing is essentially實質上
building建造 a map地圖 of the orchard果園.
176
610800
3656
它們正在創建果園的地圖
10:26
Within the map地圖 is a map地圖
of every一切 plant in this orchard果園.
177
614480
2816
每一棵果樹都將呈現在地圖上。
10:29
(Robot機器人 buzzing餘音繞樑)
178
617320
1656
(飛行器蜂鳴)
10:31
Let's see what those maps地圖 look like.
179
619000
1896
我們來看看這些地圖吧。
10:32
In the next下一個 video視頻, you'll你會 see the cameras相機
that are being存在 used on this robot機器人.
180
620920
4296
下一個視頻中你們將看到搭載在飛行器上的攝像機。
10:37
On the top-left左上方 is essentially實質上
a standard標準 color顏色 camera相機.
181
625240
3240
左上方是一個高級彩色攝像機
10:41
On the left-center左中心 is an infrared紅外線 camera相機.
182
629640
3296
中間的是一個紅外線攝像機。
10:44
And on the bottom-left左下方
is a thermal camera相機.
183
632960
3776
左下方是一個熱感攝像機。
10:48
And on the main主要 panel面板, you're seeing眼看
a three-dimensional三維 reconstruction重建
184
636760
3336
當飛行器在飛過果樹時由傳感器採集數據,
10:52
of every一切 tree in the orchard果園
as the sensors傳感器 fly right past過去 the trees樹木.
185
640120
6120
在主面板上你將看到每一棵果樹的三維重建。
10:59
Armed武裝 with information信息 like this,
we can do several一些 things.
186
647640
4040
有了這些數據,我們可以做一些研究。
11:04
The first and possibly或者 the most important重要
thing we can do is very simple簡單:
187
652200
4256
我們能做的第一件事
也是最重要的事很簡單:
11:08
count計數 the number of fruits水果 on every一切 tree.
188
656480
2440
計算每一棵果樹上果實的數量。
11:11
By doing this, you tell the farmer農民
how many許多 fruits水果 she has in every一切 tree
189
659520
4536
有了這個,我們可以告訴農民
她的每一棵果樹上都有多少果子,
11:16
and allow允許 her to estimate估計
the yield產量 in the orchard果園,
190
664080
4256
由她來估算整個果園的產量,
11:20
optimizing優化 the production生產
chain downstream下游.
191
668360
2840
從而優化下游產業鏈。
11:23
The second第二 thing we can do
192
671640
1616
我們能做的第二件事,
11:25
is take models楷模 of plants植物, construct構造
three-dimensional三維 reconstructions重建,
193
673280
4496
是對果樹建模,進行三維重建,
11:29
and from that estimate估計 the canopy華蓋 size尺寸,
194
677800
2536
從而估算樹冠的大小,
11:32
and then correlate關聯 the canopy華蓋 size尺寸
to the amount of leaf area on every一切 plant.
195
680360
3776
將每一棵果樹的樹冠尺寸和樹葉面積做關聯。
11:36
And this is called the leaf area index指數.
196
684160
2176
這被稱作是“葉面積指數”。
11:38
So if you know this leaf area index指數,
197
686360
1936
如果我們知道一棵樹的葉面積指數,
11:40
you essentially實質上 have a measure測量 of how much
photosynthesis光合作用 is possible可能 in every一切 plant,
198
688320
5456
就能大概知道這棵果樹在進行多少光合作用,
11:45
which哪一個 again tells告訴 you
how healthy健康 each plant is.
199
693800
2880
於是就能得知這棵果樹是否健康。
11:49
By combining結合 visual視覺
and infrared紅外線 information信息,
200
697520
4216
將視覺信息和紅外信息整合起來,
11:53
we can also compute計算 indices指數 such這樣 as NDVINDVI.
201
701760
3296
我們就能計算一些指數,
例如歸一化植被指數(NDVI)。
11:57
And in this particular特定 case案件,
you can essentially實質上 see
202
705080
2816
在我們的這個案例中,能夠看到,
11:59
there are some crops作物 that are
not doing as well as other crops作物.
203
707920
3016
有一些作物並不像其他作物那樣健康。
12:02
This is easily容易 discernible可識別的 from imagery意象,
204
710960
4056
這在圖像中是很容易辨別的。
12:07
not just visual視覺 imagery意象 but combining結合
205
715040
2216
不是在視覺圖像中,而是在
12:09
both visual視覺 imagery意象 and infrared紅外線 imagery意象.
206
717280
2776
視覺和紅外線合成的圖像中。
12:12
And then lastly最後,
207
720080
1336
最後,
12:13
one thing we're interested有興趣 in doing is
detecting檢測 the early onset發病 of chlorosis萎黃 --
208
721440
4016
我們很想做的一件事是,
檢測早期的樹葉萎黃病。
12:17
and this is an orange橙子 tree --
209
725480
1496
這是一顆橘子樹,
12:19
which哪一個 is essentially實質上 seen看到
by yellowing of leaves樹葉.
210
727000
2560
可以看到泛黃的樹葉。
12:21
But robots機器人 flying飛行 overhead高架
can easily容易 spot this autonomously自主
211
729880
3896
飛行器在上空飛行的時候可以
輕易地自動檢測到這一現象,
12:25
and then report報告 to the farmer農民
that he or she has a problem問題
212
733800
2936
然後向農民報告,在果園中的這一區域
12:28
in this section部分 of the orchard果園.
213
736760
1520
出現了問題。
12:30
Systems系統 like this can really help,
214
738800
2696
這個系統對農業生產非常有用,
12:33
and we're projecting突出 yields產量
that can improve提高 by about ten percent百分
215
741520
5816
我們估計農業產量將會上升10%,
12:39
and, more importantly重要的, decrease減少
the amount of inputs輸入 such這樣 as water
216
747360
3216
更重要的是,通過使用飛行器群族,
12:42
by 25 percent百分 by using運用
aerial天線 robot機器人 swarms成群.
217
750600
3280
降低25%的水資源用量。
12:47
Lastly最後, I want you to applaud鼓掌
the people who actually其實 create創建 the future未來,
218
755200
5736
最後,我希望大家向創造了
未來的人們致以掌聲,
12:52
Yash佳日 MulgaonkarMulgaonkar, Sikang抗感冒 Liu
and Giuseppe朱塞佩 LoiannoLoianno,
219
760960
4920
Yash Mulgaonkar, Sikang Liu
和 Giuseppe Loianno,
12:57
who are responsible主管 for the three
demonstrations示威 that you saw.
220
765920
3496
他們負責你們看到的三次演示。
13:01
Thank you.
221
769440
1176
謝謝!
13:02
(Applause掌聲)
222
770640
5920
(掌聲)
Translated by Ting-Chih Liang
Reviewed by Karen SONG

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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

Data provided by TED.

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