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
TED2012

Vijay Kumar: Robots that fly ... and cooperate

Roboti koji lete ... i surađuju

Filmed:
5,188,706 views

U svom laboratoriju na Sveučilištu Pennsylvania, Vijay Kumar sa svojim timom gradi leteće kvadratore (quadrotor), male, okretne i samosvjesne robote, koji tvore formacije -- za sklapanje konstrukcija, izviđanje ruševina i mnoge druge zadatke.
- 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.

00:20
Good morningjutro.
0
5000
2000
Dobro jutro.
00:22
I'm here todaydanas to talk
1
7000
2000
Danas ću govoriti
00:24
about autonomousautonoman, flyingleteći beachplaža ballsjaja.
2
9000
3000
o samoupravljajućim, letećim... loptama za plažu.
00:27
No, agileagilan aerializ zraka robotsroboti like this one.
3
12000
4000
Ma ne, o okretnim lebdećim robotima poput ovog.
00:31
I'd like to tell you a little bitbit about the challengesizazovi in buildingzgrada these
4
16000
3000
Nekoliko riječi o izazovima pri građenju robota
00:34
and some of the terrificSjajno opportunitiesprilike
5
19000
2000
kao i mogućnostima koje pruža
00:36
for applyingprimjenom this technologytehnologija.
6
21000
2000
primjena ove tehnologije.
00:38
So these robotsroboti
7
23000
2000
Dakle, ovi roboti
00:40
are relatedpovezan to unmannedbez posade aerializ zraka vehiclesvozila.
8
25000
3000
su svojevrsne bezpilotne letjelice.
00:43
HoweverMeđutim, the vehiclesvozila you see here are bigvelika.
9
28000
3000
Međutim ovdje prikazane letjelice su velike.
00:46
They weighvagati thousandstisuća of poundsfunti,
10
31000
2000
Budući da teže stotine kilograma、
00:48
are not by any meanssredstva agileagilan.
11
33000
2000
pokretljivost im je otežana.
00:50
They're not even autonomousautonoman.
12
35000
2000
Štoviše nisu niti samoupravljajuće.
00:52
In factčinjenica, manymnogi of these vehiclesvozila
13
37000
2000
U stvarnosti, mnoge od ovih letjelica
00:54
are operatedoperiran by flightlet crewsPosada
14
39000
2000
su upravljane stručnim osobljem
00:56
that can includeuključiti multiplevišekratnik pilotspiloti,
15
41000
3000
poput grupe pilota
00:59
operatorsoperatori of sensorssenzori
16
44000
2000
kontrolorima senzora
01:01
and missionmisija coordinatorskoordinatori.
17
46000
2000
i zapovjednicima misije.
01:03
What we're interestedzainteresiran in is developingrazvoju robotsroboti like this --
18
48000
2000
Mi smo se pozabavili razvojem robota poput ovih --
01:05
and here are two other picturesSlike --
19
50000
2000
prikazana su dva primjera
01:07
of robotsroboti that you can buykupiti off the shelfpolica.
20
52000
3000
robota koji se mogu kupiti u trgovini.
01:10
So these are helicoptersHelikopteri with fourčetiri rotorsRotori
21
55000
3000
Dakle to su helikopteri sa četiri rotora-propelera
01:13
and they're roughlygrubo a metermetar or so in scaleljestvica
22
58000
4000
otprilike promjera jednog metra
01:17
and weighvagati severalnekoliko poundsfunti.
23
62000
2000
i teže koji kilogram.
01:19
And so we retrofitPMS-om these with sensorssenzori and processorsprocesori,
24
64000
3000
Opremili smo ih sa senzorima i procesorima,
01:22
and these robotsroboti can flyletjeti indoorsu zatvorenom prostoru
25
67000
2000
da bi mogli letjeti u zatvorenom prostoru
01:24
withoutbez GPSGPS.
26
69000
2000
bez GPSa.
01:26
The robotrobot I'm holdingdržanje in my handruka
27
71000
2000
Robot kojeg držim
01:28
is this one,
28
73000
2000
...ovaj...
01:30
and it's been createdstvorio by two studentsstudenti,
29
75000
3000
su kreirala dva studenta.
01:33
AlexAlex and DanielDaniel.
30
78000
2000
Alex i Daniel.
01:35
So this weighsteži a little more
31
80000
2000
Težak je jedva
01:37
than a tenthdeseti of a poundfunta.
32
82000
2000
40-tak grama
01:39
It consumestroši about 15 wattsvata of powervlast.
33
84000
2000
i pokreće ga snaga od 15 wati.
01:41
And as you can see,
34
86000
2000
Kao što možete ocijeniti
01:43
it's about eightosam inchesinča in diameterpromjer.
35
88000
2000
u promjeru je oko 20 cm.
01:45
So let me give you just a very quickbrz tutorialudžbenik
36
90000
3000
Dopustite da ukratko pojasnim
01:48
on how these robotsroboti work.
37
93000
2000
na koji način ovi roboti rade.
01:50
So it has fourčetiri rotorsRotori.
38
95000
2000
Robot ima četiri propelera.
01:52
If you spinzavrtiti these rotorsRotori at the sameisti speedubrzati,
39
97000
2000
Ako se svi propeleri okreću istom brzinom
01:54
the robotrobot hoverslebdi.
40
99000
2000
robot lebdi u zraku.
01:56
If you increasepovećati the speedubrzati of eachsvaki of these rotorsRotori,
41
101000
3000
Kada povećamo okretaje propelera
01:59
then the robotrobot fliesmuhe up, it acceleratesubrzava up.
42
104000
3000
robot se uzdiže.
02:02
Of coursenaravno, if the robotrobot were tiltednaginje,
43
107000
2000
Ako je robot nagnut
02:04
inclinedSkloni to the horizontalvodoravan,
44
109000
2000
prema horizontali
02:06
then it would accelerateubrzati in this directionsmjer.
45
111000
3000
onda će se kretati u tom smjeru.
02:09
So to get it to tiltnagib, there's one of two waysnačine of doing it.
46
114000
3000
Evo jednog od dva načina kako nakrenuti robota.
02:12
So in this pictureslika
47
117000
2000
Na ovoj slici
02:14
you see that rotorrotora fourčetiri is spinningpredenje fasterbrže
48
119000
2000
uočite kako se 4. propeler okreće brže,
02:16
and rotorrotora two is spinningpredenje slowersporije.
49
121000
2000
a 2. propeler se okreće sporije.
02:18
And when that happensdogađa se
50
123000
2000
U tom trenutku
02:20
there's momenttrenutak that causesuzroci this robotrobot to rollsvitak.
51
125000
3000
robot se nakrene.
02:23
And the other way around,
52
128000
2000
I drugi način je
02:25
if you increasepovećati the speedubrzati of rotorrotora threetri
53
130000
3000
da povećate brzinu 3. propelera
02:28
and decreasesmanjenje the speedubrzati of rotorrotora one,
54
133000
2000
i smanjite brzinu 1. propelera,
02:30
then the robotrobot pitchesparcela forwardnaprijed.
55
135000
3000
čime je robot usmjeren prema naprijed.
02:33
And then finallykonačno,
56
138000
2000
Konačno
02:35
if you spinzavrtiti oppositesuprotan pairsparovi of rotorsRotori
57
140000
2000
ako ubrzate dva
02:37
fasterbrže than the other pairpar,
58
142000
2000
nasuprotna propelera
02:39
then the robotrobot yawsframbezija about the verticalvertikala axisos.
59
144000
2000
robot će se okretati oko vertikalne osi.
02:41
So an on-boardna brodu processorprocesor
60
146000
2000
U osnovi, ugrađeni procesor
02:43
essentiallyu srži looksizgled at what motionsPrijedlozi need to be executedizvršiti
61
148000
3000
opaža koje kretnje trebaju biti izvršene,
02:46
and combineskombajna these motionsPrijedlozi
62
151000
2000
usklađuje kretnje
02:48
and figuresfigure out what commandsnaredbe to sendposlati to the motorsmotori
63
153000
3000
te šalje primjerenu naredbu motorima
02:51
600 timesputa a seconddrugi.
64
156000
2000
600 puta u sekundi.
02:53
That's basicallyu osnovi how this thing operatesdjeluje.
65
158000
2000
Tako u osnovi robot radi.
02:55
So one of the advantagesprednosti of this designdizajn
66
160000
2000
Prednost ovakvog dizajna
02:57
is, when you scaleljestvica things down,
67
162000
2000
je, da s manjim komponentama
02:59
the robotrobot naturallyprirodno becomespostaje agileagilan.
68
164000
3000
robot postaje okretniji.
03:02
So here R
69
167000
2000
Na ovoj slici R predstavlja
03:04
is the characteristicsvojstvo lengthdužina of the robotrobot.
70
169000
2000
karakterističnu duljinu robota.
03:06
It's actuallyzapravo halfpola the diameterpromjer.
71
171000
3000
U osnovi to je radius robota.
03:09
And there are lots of physicalfizička parametersparametri that changepromijeniti
72
174000
3000
Mnogi fizikalni parametri se mijenjaju
03:12
as you reducesmanjiti R.
73
177000
2000
kako smanjujemo R.
03:14
The one that's the mostnajviše importantvažno
74
179000
2000
Najvažniji parametar
03:16
is the inertiainercija or the resistanceotpornost to motionpokret.
75
181000
2000
je tromost, ili otpor kretanju.
03:18
So it turnsokreti out,
76
183000
2000
Ispada da je
03:20
the inertiainercija, whichkoji governsuređuje se angularkutni motionpokret,
77
185000
3000
tromost, o kojoj ovisi kretanje pod kutom,
03:23
scalesvage as a fifthpeti powervlast of R.
78
188000
3000
proporcionalna R na petu potenciju.
03:26
So the smallermanji you make R,
79
191000
2000
Sa smanjivanjem R
03:28
the more dramaticallydramatično the inertiainercija reducessmanjuje.
80
193000
3000
tromost dramatično pada.
03:31
So as a resultproizlaziti, the angularkutni accelerationubrzanje,
81
196000
3000
To rezultira kutnom akceleracijom
03:34
denotedoznačena by Greekgrčki letterpismo alphaalfa here,
82
199000
2000
označenom grčkim slovom alfa
03:36
goeside as one over R.
83
201000
2000
približno 1/R.
03:38
It's inverselyobrnuto proportionalproporcionalan to R.
84
203000
2000
Dakle, obrnuto proporcionalna s R.
03:40
The smallermanji you make it the more quicklybrzo you can turnskretanje.
85
205000
3000
Što je robot manji, to je okretniji.
03:43
So this should be clearčisto in these videosvideo.
86
208000
2000
Što je očito iz ovih snimki.
03:45
At the bottomdno right you see a robotrobot
87
210000
3000
Promotrite robota, desno dolje,
03:48
performingobavljanje a 360 degreestupanj flipdrzak
88
213000
2000
kako se okrenuo 360 stupnjeva.
03:50
in lessmanje than halfpola a seconddrugi.
89
215000
2000
u djeliću sekunde.
03:52
MultipleViše flipsZrcali, a little more time.
90
217000
3000
Višestruki okreti - malo više vremena.
03:55
So here the processesprocesi on boardodbor
91
220000
2000
Ugrađeni procesori
03:57
are gettinguzimajući feedbackpovratna veza from accelerometersakcelerometara
92
222000
2000
zaprimaju informaciju od ugrađenih
03:59
and gyrosžiroskopi on boardodbor
93
224000
2000
akcelerometara i žiroskopa
04:01
and calculatingizračunavanje, like I said before,
94
226000
2000
te procesiraju, kao što rekoh,
04:03
commandsnaredbe at 600 timesputa a seconddrugi
95
228000
2000
te informacije 600 puta u sekundi
04:05
to stabilizestabilizirati this robotrobot.
96
230000
2000
stabilizirajući robota.
04:07
So on the left, you see DanielDaniel throwingbacanje this robotrobot up into the airzrak.
97
232000
3000
Na dnu lijevo, uočite Daniela kako baca robota u zrak
04:10
And it showspokazuje you how robustrobustan the controlkontrolirati is.
98
235000
2000
demonstrirajući koliko je robot robustan.
04:12
No matterstvar how you throwbacanje it,
99
237000
2000
Bez obzira kako ga bacite
04:14
the robotrobot recoversoporavi and comesdolazi back to him.
100
239000
4000
robot se dočeka na noge i doleti nazad.
04:18
So why buildizgraditi robotsroboti like this?
101
243000
2000
Koja je svrha graditi ovakve robote?
04:20
Well robotsroboti like this have manymnogi applicationsaplikacije.
102
245000
3000
Može biti višestruka.
04:23
You can sendposlati them insideiznutra buildingsgrađevine like this
103
248000
3000
Robote možete poslati u zgrade pod ugrozom
04:26
as first responderss odgovorom to look for intrudersuljeza,
104
251000
3000
primjerice kao izvidnicu za otkrivanje provalnika,
04:29
maybe look for biochemicalbiokemijski leakscuri,
105
254000
3000
otkrivanje biokemijskog hazarda,
04:32
gaseousplinovita leakscuri.
106
257000
2000
ili curenja plina.
04:34
You can alsotakođer use them
107
259000
2000
Možete ih koristiti i kao
04:36
for applicationsaplikacije like constructionizgradnja.
108
261000
2000
programirane graditelje.
04:38
So here are robotsroboti carryingnošenje beamsgrede, columnsStupci
109
263000
4000
Uočite kako roboti nose gredice i stupiće
04:42
and assemblingsastavljanje cube-likekocka, kao structuresstrukture.
110
267000
3000
i sklapaju ih u kockaste konstrukcije.
04:45
I'll tell you a little bitbit more about this.
111
270000
3000
O tome malo više kasnije.
04:48
The robotsroboti can be used for transportingprijevoz cargoteret.
112
273000
3000
Ove robote možemo koristiti i za prijenos tereta.
04:51
So one of the problemsproblemi with these smallmali robotsroboti
113
276000
3000
Međutim, s obzirom na njihovu veličinu
04:54
is theirnjihov payloadkorisna nosivost carryingnošenje capacitykapacitet.
114
279000
2000
kapacitet nosivosti je malen.
04:56
So you mightmoć want to have multiplevišekratnik robotsroboti
115
281000
2000
Stoga bi bilo dobro udružiti robote
04:58
carrynositi payloadsterete.
116
283000
2000
za prijenos tereta.
05:00
This is a pictureslika of a recentnedavni experimenteksperiment we did --
117
285000
2000
Evo snimke nedavnog pokusa --
05:02
actuallyzapravo not so recentnedavni anymoreviše --
118
287000
2000
doduše već ima tome --
05:04
in SendaiSendai shortlyUbrzo after the earthquakepotres.
119
289000
3000
u Sendaiu, netom iza potresa.
05:07
So robotsroboti like this could be sentposlao into collapsedpropali buildingsgrađevine
120
292000
3000
Roboti mogu biti poslani u ruševine
05:10
to assessprocijeniti the damagešteta after naturalprirodni disasterskatastrofa,
121
295000
2000
kako bi se procjenila šteta
05:12
or sentposlao into reactorreaktor buildingsgrađevine
122
297000
3000
ili u objekte s reaktorima
05:15
to mapkarta radiationradijacija levelsrazina.
123
300000
3000
da izmjere razinu radijacije.
05:19
So one fundamentalosnovni problemproblem
124
304000
2000
Osnovni problem
05:21
that the robotsroboti have to solveriješiti if they're to be autonomousautonoman
125
306000
3000
s kojim se roboti moraju nositi, samoinicijativno
05:24
is essentiallyu srži figuringfiguring out
126
309000
2000
je u biti zaključivanje
05:26
how to get from pointtočka A to pointtočka B.
127
311000
2000
kako doći od točke A do točke B.
05:28
So this getsdobiva a little challengingizazovno
128
313000
2000
Dakle stvari postaju složenije
05:30
because the dynamicsdinamika of this robotrobot are quitedosta complicatedsložen.
129
315000
3000
s porašću dinamike robota.
05:33
In factčinjenica, they liveživjeti in a 12-dimensional-dimenzionalni spaceprostor.
130
318000
2000
U načelu, roboti žive u 12-dimenzionalnom prostoru.
05:35
So we use a little tricktrik.
131
320000
2000
Pa smo morali tome doskočiti.
05:37
We take this curvedzakrivljena 12-dimensional-dimenzionalni spaceprostor
132
322000
3000
Uzeli smo zakrivljeni 12-dimenzionalni prostor
05:40
and transformtransformirati it
133
325000
2000
i transformirali ga
05:42
into a flatravan four-dimensionalčetiri dimenzije spaceprostor.
134
327000
2000
u ravninski 4-dimenzionalni prostor.
05:44
And that four-dimensionalčetiri dimenzije spaceprostor
135
329000
2000
Ovaj 4-dimenzionalni prostor
05:46
consistssastoji se of X, Y, Z and then the yawDanijela anglekut.
136
331000
3000
se sastoji od X, Y, Z i osnog kuta.
05:49
And so what the robotrobot does
137
334000
2000
Što je robotu činiti
05:51
is it plansplanovi what we call a minimumminimum snappuckanje trajectoryputanja.
138
336000
4000
je isplanirati putanju najmanje akceleracije.
05:55
So to remindpodsjetiti you of physicsfizika,
139
340000
2000
Da se prisjetimo fizike,
05:57
you have positionpoložaj, derivativederivat, velocitybrzina,
140
342000
2000
imamo položaj, te 1. derivaciju položaja - brzinu,
05:59
then accelerationubrzanje,
141
344000
2000
zatim akceleraciju - 2. vremenska derivacija položaja (d2x/dt2)
06:01
and then comesdolazi jerkkreten
142
346000
2000
impuls - 3. derivacija položaja (d3x/dt3)
06:03
and then comesdolazi snappuckanje.
143
348000
2000
'cimanje' - 4. derivacija položaja (d4x/dt4).
06:05
So this robotrobot minimizessmanjuje snappuckanje.
144
350000
3000
Robot minimizira cimanje.
06:08
So what that effectivelyučinkovito does
145
353000
2000
Rezultat toga je
06:10
is producesproizvodi a smoothglatko, nesmetano and gracefulgraciozan motionpokret.
146
355000
2000
glatko, ravnomjerno kretanje robota.
06:12
And it does that avoidingizbjegavanje obstaclesprepreke.
147
357000
3000
I to pri zaobilaženju zapreka.
06:15
So these minimumminimum snappuckanje trajectoriesputanje in this flatravan spaceprostor
148
360000
3000
Dakle, putanje najmanje akceleracije u ovom ravninskom prostoru
06:18
are then transformedpretvara back
149
363000
2000
potom transformiramo nazad
06:20
into this complicatedsložen 12-dimensional-dimenzionalni spaceprostor,
150
365000
2000
u složeni 12-dimenzionalni prostor,
06:22
whichkoji the robotrobot mustmora do
151
367000
2000
koje robot mora slijediti
06:24
for controlkontrolirati and then executionizvršenje.
152
369000
2000
radi provjere i potom izvršavanja.
06:26
So let me showpokazati you some examplesprimjeri
153
371000
2000
Evo nekoliko primjera
06:28
of what these minimumminimum snappuckanje trajectoriesputanje look like.
154
373000
2000
kako putanje najmanje akceleracije izgledaju.
06:30
And in the first videovideo,
155
375000
2000
U prvoj snimci
06:32
you'llvi ćete see the robotrobot going from pointtočka A to pointtočka B
156
377000
2000
vidjet ćete kretanje robota od točke A do točke B
06:34
throughkroz an intermediatesrednji pointtočka.
157
379000
2000
ali kroz zadanu točku.
06:42
So the robotrobot is obviouslyočito capablesposoban
158
387000
2000
Robot je sposoban
06:44
of executingizvršenja any curvezavoj trajectoryputanja.
159
389000
2000
pratiti zakrivljene putanje.
06:46
So these are circularkružni trajectoriesputanje
160
391000
2000
Ovo su kružne putanje
06:48
where the robotrobot pullsvučenje about two G'sG.
161
393000
3000
na kojima robot potegne 2G.
06:52
Here you have overheadnad glavom motionpokret captureuhvatiti cameraskamere on the topvrh
162
397000
4000
Ovdje imamo stropne kamere
06:56
that tell the robotrobot where it is 100 timesputa a seconddrugi.
163
401000
3000
koje signaliziraju robotu njegov položaj 100 puta u sekundi.
06:59
It alsotakođer tellsgovori the robotrobot where these obstaclesprepreke are.
164
404000
3000
Također daju robotu do znanja gdje su prepreke.
07:02
And the obstaclesprepreke can be movingkreće.
165
407000
2000
Te prepreke mogu biti pokretne.
07:04
And here you'llvi ćete see DanielDaniel throwbacanje this hoophop into the airzrak,
166
409000
3000
Ovdje vidite Daniela kako baca kolut u zrak,
07:07
while the robotrobot is calculatingizračunavanje the positionpoložaj of the hoophop
167
412000
2000
a robot računa položaj koluta
07:09
and tryingtežak to figurelik out how to bestnajbolje go throughkroz the hoophop.
168
414000
4000
pokušavajući odrediti pravi trenutak za prolazak kroz kolut.
07:13
So as an academicakademski,
169
418000
2000
Kao znanstvenici, primorani smo izvoditi
07:15
we're always trainedobučen to be ableu stanju to jumpskok throughkroz hoopsobruči to raisepodići fundingfinanciranje for our labslaboratoriji,
170
420000
3000
akrobacije kako bi fondovi za naše projekte bili odobreni,
07:18
and we get our robotsroboti to do that.
171
423000
3000
pa smo odlučili i robote naučiti akrobacijama.
07:21
(ApplausePljesak)
172
426000
6000
(Pljesak)
07:27
So anotherjoš thing the robotrobot can do
173
432000
2000
Dodatna stvar koju robot može učiniti
07:29
is it rememberspamti pieceskomada of trajectoryputanja
174
434000
3000
je memoriranje dijelova putanje
07:32
that it learnsuči or is pre-programmedprogramirana.
175
437000
2000
koju je savladao ili mu je predprogramirana.
07:34
So here you see the robotrobot
176
439000
2000
Ovdje vidite robota
07:36
combiningKombinirajući a motionpokret
177
441000
2000
kako kombinira kretnje
07:38
that buildsgradi up momentummoment
178
443000
2000
i vreba pravi trenutak
07:40
and then changespromjene its orientationorijentacija and then recoversoporavi.
179
445000
3000
u kojem će se nagnuti i potom vratiti u početni položaj.
07:43
So it has to do this because this gappraznina in the windowprozor
180
448000
3000
Na to je prisiljen jer svjetli otvor prozora
07:46
is only slightlymalo largerveći than the widthširina of the robotrobot.
181
451000
4000
je tijesan za njegovu širinu.
07:50
So just like a diverronilac standsstoji on a springboardodskočna daska
182
455000
3000
Poput skakača s daske
07:53
and then jumpsskokovi off it to gaindobit momentummoment,
183
458000
2000
kada odskoči da bi dobio zamah,
07:55
and then does this pirouettepirueta, this two and a halfpola somersaultsalto mortale throughkroz
184
460000
3000
potreban za piruetu, i dvostruki salto
07:58
and then gracefullybez poteškoća recoversoporavi,
185
463000
2000
da bi se na kraju ponovo ispružio,
08:00
this robotrobot is basicallyu osnovi doing that.
186
465000
2000
ovaj robot u osnovi čini isto.
08:02
So it knowszna how to combinekombinirati little bitskomadići and pieceskomada of trajectoriesputanje
187
467000
3000
Dakle zna kako usuglasiti više manjih putanja
08:05
to do these fairlypošteno difficulttežak taskszadaci.
188
470000
4000
u jednu znatno složeniju.
08:09
So I want changepromijeniti gearszupčanici.
189
474000
2000
Promjenimo temu.
08:11
So one of the disadvantagesnedostaci of these smallmali robotsroboti is its sizeveličina.
190
476000
3000
Jedan od nedostataka robota je veličina.
08:14
And I told you earlierranije
191
479000
2000
I kao što rekoh
08:16
that we maysvibanj want to employzaposliti lots and lots of robotsroboti
192
481000
2000
trebat ćemo upregnuti veliki broj robota
08:18
to overcomesavladati the limitationsograničenja of sizeveličina.
193
483000
3000
da bi nadomjestili taj nedostatak.
08:21
So one difficultyteškoća
194
486000
2000
Prva poteškoća je
08:23
is how do you coordinatekoordinirati lots of these robotsroboti?
195
488000
3000
kako koordinirati jato robota?
08:26
And so here we lookedgledao to naturepriroda.
196
491000
2000
Okrenuli smo se majci prirodi.
08:28
So I want to showpokazati you a clipspojnica
197
493000
2000
Pogledajmo slijedeći prilog
08:30
of AphaenogasterAphaenogaster desertpustinja antsmravi
198
495000
2000
s pustinjskim mravima Aphaenogaster.
08:32
in ProfessorProfesor StephenStjepan Pratt'sPrat lablaboratorija carryingnošenje an objectobjekt.
199
497000
3000
kako nose teret, u laboratoriju profesora Stephen Pratta.
08:35
So this is actuallyzapravo a piecekomad of figsmokva.
200
500000
2000
Ovo je komadić smokve.
08:37
ActuallyZapravo you take any objectobjekt coatedobložena with figsmokva juicesok
201
502000
2000
Ako im podmetnete bilo koji predmet preliven smokvinim sokom
08:39
and the antsmravi will carrynositi them back to the nestgnijezdo.
202
504000
3000
mravi će ga odvući u mravinjak.
08:42
So these antsmravi don't have any centralsredišnji coordinatorkoordinator.
203
507000
3000
Mravi očito nemaju koordinatora.
08:45
They senseosjećaj theirnjihov neighborsSusjedi.
204
510000
2000
Ali osjećaju ostale iz skupine.
08:47
There's no expliciteksplicitan communicationkomunikacija.
205
512000
2000
Ne postoji izravna komunikacija.
08:49
But because they senseosjećaj the neighborsSusjedi
206
514000
2000
Ali kako osjećaju ostale u skupini
08:51
and because they senseosjećaj the objectobjekt,
207
516000
2000
i kako osjećaju predmet,
08:53
they have implicitimplicitno coordinationkoordinacija acrosspreko the groupskupina.
208
518000
3000
koordinacija je ostvarena posredno.
08:56
So this is the kindljubazan of coordinationkoordinacija
209
521000
2000
Takvu sličnu koordinaciju
08:58
we want our robotsroboti to have.
210
523000
3000
smo željeli ostvariti kod robota.
09:01
So when we have a robotrobot
211
526000
2000
Ako imamo robota
09:03
whichkoji is surroundedokružen by neighborsSusjedi --
212
528000
2000
grupiranog u jato
09:05
and let's look at robotrobot I and robotrobot J --
213
530000
2000
promotrimo robota I i robota J --
09:07
what we want the robotsroboti to do
214
532000
2000
želimo robote osvijestiti
09:09
is to monitormonitor the separationodvajanje betweenizmeđu them
215
534000
3000
da paze na međusobni razmak
09:12
as they flyletjeti in formationformacija.
216
537000
2000
kada tvore formaciju.
09:14
And then you want to make sure
217
539000
2000
Želimo da se taj razmak
09:16
that this separationodvajanje is withinunutar acceptableprihvatljiv levelsrazina.
218
541000
2000
održava unutar određene tolerancije.
09:18
So again the robotsroboti monitormonitor this errorgreška
219
543000
3000
Da ponovimo, roboti prate ovu toleranciju
09:21
and calculateizračunati the controlkontrolirati commandsnaredbe
220
546000
2000
i proračunavaju kontrolne naredbe
09:23
100 timesputa a seconddrugi,
221
548000
2000
100 puta u sekundi,
09:25
whichkoji then translatesprevodi to the motormotor commandsnaredbe 600 timesputa a seconddrugi.
222
550000
3000
što znači da motor zaprima 600 naredbi u sekundi.
09:28
So this alsotakođer has to be doneučinio
223
553000
2000
I to treba biti učinjeno
09:30
in a decentralizeddecentralizirana way.
224
555000
2000
decentralizirano.
09:32
Again, if you have lots and lots of robotsroboti,
225
557000
2000
Ako imate jato robota,
09:34
it's impossiblenemoguće to coordinatekoordinirati all this informationinformacija centrallycentralno
226
559000
4000
bilo bi nemoguće koordinirati ih centralno
09:38
fastbrzo enoughdovoljno in ordernarudžba for the robotsroboti to accomplishostvariti the taskzadatak.
227
563000
3000
zadovoljavajućom brzinom za ostvarenje zadaće.
09:41
PlusPlus the robotsroboti have to basebaza theirnjihov actionsakcije
228
566000
2000
Dodatno, roboti moraju zasnivati kretnje
09:43
only on locallokalne informationinformacija,
229
568000
2000
isključivo na lokalnim informacijama
09:45
what they senseosjećaj from theirnjihov neighborsSusjedi.
230
570000
2000
koje zaprimaju od susjednih robota.
09:47
And then finallykonačno,
231
572000
2000
I napokon
09:49
we insistinzistirati that the robotsroboti be agnosticagnostik
232
574000
2000
inzistirali smo da su roboti agnostični
09:51
to who theirnjihov neighborsSusjedi are.
233
576000
2000
prema susjedima.
09:53
So this is what we call anonymityanonimnost.
234
578000
3000
To smo nazvali anonimnost.
09:56
So what I want to showpokazati you nextSljedeći
235
581000
2000
Sada ću vam pokazati
09:58
is a videovideo
236
583000
2000
snimak
10:00
of 20 of these little robotsroboti
237
585000
3000
sa 20 robota
10:03
flyingleteći in formationformacija.
238
588000
2000
koji lete u formaciji.
10:05
They're monitoringnadgledanje theirnjihov neighbors'susjedima' positionpoložaj.
239
590000
3000
Svaki robot promatra položaj susjeda.
10:08
They're maintainingodržavanje formationformacija.
240
593000
2000
I tako održavaju formaciju.
10:10
The formationsformacije can changepromijeniti.
241
595000
2000
Formacija se može mijenjati.
10:12
They can be planarplanarna formationsformacije,
242
597000
2000
Može biti ravninska
10:14
they can be three-dimensionaltrodimenzionalni formationsformacije.
243
599000
2000
ili prostorna.
10:16
As you can see here,
244
601000
2000
Kao što ovdje vidite,
10:18
they collapsekolaps from a three-dimensionaltrodimenzionalni formationformacija into planarplanarna formationformacija.
245
603000
3000
roboti iz prostorne formacije tvore ravninsku.
10:21
And to flyletjeti throughkroz obstaclesprepreke
246
606000
2000
I da bi letjeli kroz prepreke
10:23
they can adaptprilagoditi the formationsformacije on the flyletjeti.
247
608000
4000
sposobni su prilagoditi formaciju u letu.
10:27
So again, these robotsroboti come really closeblizu togetherzajedno.
248
612000
3000
Roboti mogu prići blizu jedan drugom.
10:30
As you can see in this figure-eightosmice flightlet,
249
615000
2000
Kao što vidite u ovoj formaciji u obliku osmice,
10:32
they come withinunutar inchesinča of eachsvaki other.
250
617000
2000
roboti prilaze jedni drugima unutar par centimetara.
10:34
And despitebez obzira na the aerodynamicaerodinamičan interactionsinterakcije
251
619000
3000
I unatoč aerodinamičnom utjecaju
10:37
of these propellerpropeler bladesnoževi,
252
622000
2000
propelerskih elisa
10:39
they're ableu stanju to maintainodržavati stablestabilan flightlet.
253
624000
2000
održavaju stabilan let.
10:41
(ApplausePljesak)
254
626000
7000
(Pljesak)
10:48
So oncejednom you know how to flyletjeti in formationformacija,
255
633000
2000
Kada ih jednom naučite letjeti u formaciji
10:50
you can actuallyzapravo pickodabrati up objectsobjekti cooperativelysuradnji.
256
635000
2000
možete podići predmete surađujući.
10:52
So this just showspokazuje
257
637000
2000
To ujedno znači
10:54
that we can doubledvostruko, tripleutrostručiti, quadruplečetverac
258
639000
3000
da možemo udvostručiti, utrostručiti ili učetverostručiti
10:57
the robotrobot strengthsnaga
259
642000
2000
snagu robota
10:59
by just gettinguzimajući them to teamtim with neighborsSusjedi, as you can see here.
260
644000
2000
usklađujući njihovo djelovanje, kao što je prikazano.
11:01
One of the disadvantagesnedostaci of doing that
261
646000
3000
Jedan od nedostataka ovakvog pristupa
11:04
is, as you scaleljestvica things up --
262
649000
2000
je, kako teret postaje teži...
11:06
so if you have lots of robotsroboti carryingnošenje the sameisti thing,
263
651000
2000
i ako uposlite jato robota za prijenos tereta
11:08
you're essentiallyu srži effectivelyučinkovito increasingpovećavajući the inertiainercija,
264
653000
3000
u osnovi povećavate tromost,
11:11
and thereforestoga you payplatiti a pricecijena; they're not as agileagilan.
265
656000
3000
čime naravno jato postaje manje okretno.
11:14
But you do gaindobit in termsUvjeti of payloadkorisna nosivost carryingnošenje capacitykapacitet.
266
659000
3000
Ali tako možete prenašati teže objekte.
11:17
AnotherJoš jedan applicationprimjena I want to showpokazati you --
267
662000
2000
Još jedna primjena koju želim pokazati --
11:19
again, this is in our lablaboratorija.
268
664000
2000
ponovo, u našem laboratoriju.
11:21
This is work doneučinio by QuentinQuentin LindseyLindsey who'stko je a graduatediplomirani studentstudent.
269
666000
2000
Ovo je napravio naš postdiplomac Quentin Lindsey.
11:23
So his algorithmalgoritam essentiallyu srži tellsgovori these robotsroboti
270
668000
3000
Njegov algoritam u osnovi naređuje robotima
11:26
how to autonomouslysamostalno buildizgraditi
271
671000
2000
kako da samostalno sklope
11:28
cubicprostornih structuresstrukture
272
673000
2000
prostorne rešetkaste konstrukcije
11:30
from truss-likekrovište, kao elementselementi.
273
675000
3000
iz gredica.
11:33
So his algorithmalgoritam tellsgovori the robotrobot
274
678000
2000
Njegov algoritam govori robotu
11:35
what partdio to pickodabrati up,
275
680000
2000
koji dio podići,
11:37
when and where to placemjesto it.
276
682000
2000
te kada i gdje ga ugraditi.
11:39
So in this videovideo you see --
277
684000
2000
Na ovoj snimci možete vidjeti --
11:41
and it's spedŠPED up 10, 14 timesputa --
278
686000
2000
ubrzano 10 - 14 puta --
11:43
you see threetri differentdrugačiji structuresstrukture beingbiće builtizgrađen by these robotsroboti.
279
688000
3000
tri različite konstrukcije sklapane robotima.
11:46
And again, everything is autonomousautonoman,
280
691000
2000
Roboti su samoupravljajući,
11:48
and all QuentinQuentin has to do
281
693000
2000
i sve što Quentin treba učiniti
11:50
is to get them a blueprintnacrt
282
695000
2000
je dostaviti im nacrt
11:52
of the designdizajn that he wants to buildizgraditi.
283
697000
4000
konstrukcije koja treba biti sklopljena.
11:56
So all these experimentspokusi you've seenvidio thustako fardaleko,
284
701000
3000
Dakle, svi ovi pokusi koje ste vidjeli,
11:59
all these demonstrationsdemonstracije,
285
704000
2000
sve ove demonstracije,
12:01
have been doneučinio with the help of motionpokret captureuhvatiti systemssustavi.
286
706000
3000
su ostvarene uz pomoć sustava za praćenje kretnji.
12:04
So what happensdogađa se when you leavenapustiti your lablaboratorija
287
709000
2000
Međutim, što se događa kada napustite laboratorij
12:06
and you go outsideizvan into the realstvaran worldsvijet?
288
711000
3000
i otisnete se u stvaran svijet?
12:09
And what if there's no GPSGPS?
289
714000
3000
I što kada nema GPSa?
12:12
So this robotrobot
290
717000
2000
Primjerice, ovaj robot
12:14
is actuallyzapravo equippedopremljen with a camerafotoaparat
291
719000
2000
je opremljen kamerom
12:16
and a laserlaser rangefinderdaljinomjer, laserlaser scannerskener.
292
721000
3000
i laserskim daljinomjerom, laserskim skenerom.
12:19
And it usesnamjene these sensorssenzori
293
724000
2000
I koristi ove senzore
12:21
to buildizgraditi a mapkarta of the environmentokolina.
294
726000
2000
kako bi izgradio kartu okruženja.
12:23
What that mapkarta consistssastoji se of are featuresznačajke --
295
728000
3000
Takva karta sadrži objekte --
12:26
like doorwaysvrata, windowsprozori,
296
731000
2000
poput vrata, prozora,
12:28
people, furniturenamještaj --
297
733000
2000
ljudi, namještaja --
12:30
and it then figuresfigure out where its positionpoložaj is
298
735000
2000
i onda robot procjenjuje gdje se nalazi
12:32
with respectpoštovanje to the featuresznačajke.
299
737000
2000
u odnosu na te objekte.
12:34
So there is no globalglobalno coordinatekoordinirati systemsistem.
300
739000
2000
Sve bez globalnog koordinatnog sustava (GPS).
12:36
The coordinatekoordinirati systemsistem is defineddefiniran basedzasnovan on the robotrobot,
301
741000
3000
Koordinatni sustav je definiran robotom,
12:39
where it is and what it's looking at.
302
744000
3000
njegovim položajem, i time što promatra.
12:42
And it navigatesplovi with respectpoštovanje to those featuresznačajke.
303
747000
3000
I navođenje se odvija u odnosu na te objekte.
12:45
So I want to showpokazati you a clipspojnica
304
750000
2000
Evo isječka
12:47
of algorithmsalgoritmi developedrazvijen by FrankFrank ShenShen
305
752000
2000
s algoritmima koje je razvio Frank Shen
12:49
and ProfessorProfesor NathanNathan MichaelMichael
306
754000
2000
i profesor Nathan Michael
12:51
that showspokazuje this robotrobot enteringulazak a buildingzgrada for the very first time
307
756000
4000
koji prikazuje robota kako ulazi u zgradu po prvi puta
12:55
and creatingstvaranje this mapkarta on the flyletjeti.
308
760000
3000
i stvara kartu u letu.
12:58
So the robotrobot then figuresfigure out what the featuresznačajke are.
309
763000
3000
Robot razaznaje objekte i
13:01
It buildsgradi the mapkarta.
310
766000
2000
iscrtava kartu (model).
13:03
It figuresfigure out where it is with respectpoštovanje to the featuresznačajke
311
768000
2000
Izračunavajući udaljenosti do objekata
13:05
and then estimatesprocjene its positionpoložaj
312
770000
2000
robot određuje svoj položaj
13:07
100 timesputa a seconddrugi
313
772000
2000
100 puta u sekundi
13:09
allowingomogućujući us to use the controlkontrolirati algorithmsalgoritmi
314
774000
2000
uz korištenje kontrolnog algoritma
13:11
that I describedopisan to you earlierranije.
315
776000
2000
koji sam opisao ranije.
13:13
So this robotrobot is actuallyzapravo beingbiće commandedzapovjedio
316
778000
2000
Dakle ovaj robot zaprima
13:15
remotelydaljinski by FrankFrank.
317
780000
2000
Frankove naredbe sa udaljene lokacije.
13:17
But the robotrobot can alsotakođer figurelik out
318
782000
2000
Ali robot također može
13:19
where to go on its ownvlastiti.
319
784000
2000
samostalno procijeniti gdje treba ići.
13:21
So supposepretpostaviti I were to sendposlati this into a buildingzgrada
320
786000
2000
Recimo da želim poslati robota u zgradu
13:23
and I had no ideaideja what this buildingzgrada lookedgledao like,
321
788000
2000
za koju nemam predodžbu o unutrašnjosti.
13:25
I can askpitati this robotrobot to go in,
322
790000
2000
Jednostavno pošaljem robota da
13:27
createstvoriti a mapkarta
323
792000
2000
kreira kartu (model)
13:29
and then come back and tell me what the buildingzgrada looksizgled like.
324
794000
3000
i pozovem ga nazad da mi predoči što je zabilježio.
13:32
So here, the robotrobot is not only solvingrješavanje the problemproblem,
325
797000
3000
Dakle, robot ne samo da rješava problem
13:35
how to go from pointtočka A to pointtočka B in this mapkarta,
326
800000
3000
kako stići od točke A do točke B na ovoj karti,
13:38
but it's figuringfiguring out
327
803000
2000
nego i procjenjuje
13:40
what the bestnajbolje pointtočka B is at everysvaki time.
328
805000
2000
koja je optimalna točka B.
13:42
So essentiallyu srži it knowszna where to go
329
807000
3000
U osnovi, robot zna da treba ići
13:45
to look for placesmjesta that have the leastnajmanje informationinformacija.
330
810000
2000
prema lokacijama o kojima ima najmanje informacija.
13:47
And that's how it populatespopunjava this mapkarta.
331
812000
3000
I na taj način iscrtava kartu (model).
13:50
So I want to leavenapustiti you
332
815000
2000
I da zaključim
13:52
with one last applicationprimjena.
333
817000
2000
s još jednom primjenom robota.
13:54
And there are manymnogi applicationsaplikacije of this technologytehnologija.
334
819000
3000
A postoje i mnoge druge primjene.
13:57
I'm a professorprofesor, and we're passionatestrasan about educationobrazovanje.
335
822000
2000
Ja sam profesor, i kao takav strastven za edukaciju.
13:59
RobotsRoboti like this can really changepromijeniti the way
336
824000
2000
Ovakvi roboti mogu promijeniti
14:01
we do K throughkroz 12 educationobrazovanje.
337
826000
2000
način na koji se odvija nastava.
14:03
But we're in SouthernJužni CaliforniaCalifornia,
338
828000
2000
Ali s obzirom da smo u Južnoj Kaliforniji,
14:05
closeblizu to LosLos AngelesAngeles,
339
830000
2000
blizu Los Angelesa,
14:07
so I have to concludezaključiti
340
832000
2000
morat ću zaključiti
14:09
with something focusedusmjerena on entertainmentZabava.
341
834000
2000
u holivudskom tonu.
14:11
I want to concludezaključiti with a musicglazba videovideo.
342
836000
2000
Neka to bude glazbeni video.
14:13
I want to introducepredstaviti the creatorskreatori, AlexAlex and DanielDaniel,
343
838000
3000
Želim predstaviti Alexa i Daniela,
14:16
who createdstvorio this videovideo.
344
841000
2000
kreatore videa.
14:18
(ApplausePljesak)
345
843000
7000
(Pljesak)
14:25
So before I playigrati this videovideo,
346
850000
2000
No prije nego prikažemo video,
14:27
I want to tell you that they createdstvorio it in the last threetri daysdana
347
852000
3000
želim napomenuti da su ga snimili u zadnja tri dana
14:30
after gettinguzimajući a call from ChrisChris.
348
855000
2000
nakon poziva od Chrisa (TED kuratora).
14:32
And the robotsroboti that playigrati the videovideo
349
857000
2000
I roboti koji sviraju na snimci
14:34
are completelypotpuno autonomousautonoman.
350
859000
2000
su potpuno samostalni.
14:36
You will see ninedevet robotsroboti playigrati sixšest differentdrugačiji instrumentsinstrumenti.
351
861000
3000
Vidjet ćete 9 robota kako svira 6 instrumenata.
14:39
And of coursenaravno, it's madenapravljen exclusivelyisključivo for TEDTED 2012.
352
864000
4000
Naravno, eksluzivno za TED 2012.
14:43
Let's watch.
353
868000
3000
Pogledajmo.
15:19
(MusicGlazba)
354
904000
10000
(Glazba)
16:23
(ApplausePljesak)
355
968000
17000
(Pljesak)
Translated by Strahimir Antoljak
Reviewed by Tilen Pigac - EFZG

▲Back to top

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