TED2012
Vijay Kumar: Robots that fly ... and cooperate
Vijay Kumar: Vijay Kumar: Những con robot có thể bay ... và hợp tác.
Filmed:
Readability: 4.5
5,188,706 views
Trong phòng thí nghiệm tại Đại học Penn, Vijay Kumar và đội của ông chế tạo những chiếc động cơ bay bốn cánh quạt, những chú robot nhỏ nhắn và nhanh nhẹn biết di chuyển theo đội và cảm nhận lẫn nhau. Chúng có nhiệm vụ đặc biệt: xây dựng, khảo sát thảm họa, và nhiều hơn thế nữa.
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. Full bio
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 morning.
0
5000
2000
Chào buổi sáng.
00:22
I'm here today to talk
1
7000
2000
Hôm nay tôi sẽ nói về
những quả bóng hơi tự động.
những quả bóng hơi tự động.
00:24
about autonomous, flying beach balls.
2
9000
3000
(Cười)
00:27
No, agile aerial robots like this one.
3
12000
4000
À nhưng không, mà về những con robot
biết bay như thế này cơ.
biết bay như thế này cơ.
00:31
I'd like to tell you a little bit about the challenges in building these
4
16000
3000
Tôi muốn nói một chút về các trở ngại
khi làm ra những robot như vậy,
khi làm ra những robot như vậy,
00:34
and some of the terrific opportunities
5
19000
2000
và các cơ hội tuyệt vời
cho việc ứng dụng công nghệ này.
cho việc ứng dụng công nghệ này.
00:36
for applying this technology.
6
21000
2000
00:38
So these robots
7
23000
2000
Những robot này làm ta liên tưởng tới
máy bay không người lái.
máy bay không người lái.
00:40
are related to unmanned aerial vehicles.
8
25000
3000
00:43
However, the vehicles you see here are big.
9
28000
3000
Tuy nhiên, những máy bay
mà bạn thấy trên hình rất lớn.
mà bạn thấy trên hình rất lớn.
00:46
They weigh thousands of pounds,
10
31000
2000
Chúng nặng hàng tấn,
nên rất kém linh hoạt.
nên rất kém linh hoạt.
00:48
are not by any means agile.
11
33000
2000
00:50
They're not even autonomous.
12
35000
2000
Chúng còn không biết tự vận hành.
00:52
In fact, many of these vehicles
13
37000
2000
Thực tế là, đa số máy bay như thế
được điều khiển bởi một đội bay,
được điều khiển bởi một đội bay,
00:54
are operated by flight crews
14
39000
2000
00:56
that can include multiple pilots,
15
41000
3000
bao gồm nhiều phi công,
00:59
operators of sensors
16
44000
2000
người điểu khiển các cảm biến,
01:01
and mission coordinators.
17
46000
2000
và người điều phối nhiệm vụ.
01:03
What we're interested in is developing robots like this --
18
48000
2000
Điều chúng tôi quan tâm
là phát triển loại robot này,
là phát triển loại robot này,
01:05
and here are two other pictures --
19
50000
2000
và đây là hai bức ảnh khác,
01:07
of robots that you can buy off the shelf.
20
52000
3000
về loại robot thông thường
mà bạn có thể mua dễ dàng.
mà bạn có thể mua dễ dàng.
01:10
So these are helicopters with four rotors
21
55000
3000
Đây là những chiếc trực thăng
với bốn cánh quạt,
với bốn cánh quạt,
01:13
and they're roughly a meter or so in scale
22
58000
4000
có kích cỡ khoảng một mét,
01:17
and weigh several pounds.
23
62000
2000
và nặng vài kilogram.
01:19
And so we retrofit these with sensors and processors,
24
64000
3000
Chúng tôi lắp thêm
cảm biến và bộ xử lý cho chúng,
cảm biến và bộ xử lý cho chúng,
01:22
and these robots can fly indoors
25
67000
2000
giúp những robot này có thể bay trong nhà
01:24
without GPS.
26
69000
2000
mà không cần GPS.
01:26
The robot I'm holding in my hand
27
71000
2000
Chú robot mà tôi đang cầm trên tay
01:28
is this one,
28
73000
2000
là một trong số đó,
01:30
and it's been created by two students,
29
75000
3000
chúng được làm bởi hai sinh viên,
01:33
Alex and Daniel.
30
78000
2000
Alex và Daniel.
01:35
So this weighs a little more
31
80000
2000
Nó nhẹ hơn nửa lạng một chút ( khoảng 45g),
01:37
than a tenth of a pound.
32
82000
2000
01:39
It consumes about 15 watts of power.
33
84000
2000
và tiêu thụ công suất khoảng 15 Watts.
01:41
And as you can see,
34
86000
2000
Và bạn thấy là,
đường kính của nó khoảng 20 cm.
đường kính của nó khoảng 20 cm.
01:43
it's about eight inches in diameter.
35
88000
2000
01:45
So let me give you just a very quick tutorial
36
90000
3000
Hãy để tôi hướng dẫn nhanh bạn
01:48
on how these robots work.
37
93000
2000
về cách con robot này hoạt động.
01:50
So it has four rotors.
38
95000
2000
Nó có bốn cánh quạt.
01:52
If you spin these rotors at the same speed,
39
97000
2000
Nếu bạn quay các cánh quạt này với cùng tốc độ,
01:54
the robot hovers.
40
99000
2000
chú robot sẽ bay lơ lửng.
01:56
If you increase the speed of each of these rotors,
41
101000
3000
Nếu bạn tăng tốc tất cả cánh quạt,
01:59
then the robot flies up, it accelerates up.
42
104000
3000
thì nó sẽ bay lên nhanh dần.
02:02
Of course, if the robot were tilted,
43
107000
2000
Đương nhiên, nếu chú robot bị nghiêng,
02:04
inclined to the horizontal,
44
109000
2000
lệch so với phương ngang,
02:06
then it would accelerate in this direction.
45
111000
3000
thì nó sẽ bay lệch theo hướng đó.
02:09
So to get it to tilt, there's one of two ways of doing it.
46
114000
3000
Nên để làm nó nghiêng đi,
ta có hai cách làm.
02:12
So in this picture
47
117000
2000
Trong bức hình này,
bạn thấy là cánh quạt 4 quay nhanh hơn,
bạn thấy là cánh quạt 4 quay nhanh hơn,
02:14
you see that rotor four is spinning faster
48
119000
2000
02:16
and rotor two is spinning slower.
49
121000
2000
và cánh quạt 2 quay chậm hơn.
02:18
And when that happens
50
123000
2000
Khi điều đó xảy ra,
02:20
there's moment that causes this robot to roll.
51
125000
3000
sẽ xuất hiện mômen động lượng
làm nó quay.
làm nó quay.
02:23
And the other way around,
52
128000
2000
Với cách còn lại,
02:25
if you increase the speed of rotor three
53
130000
3000
nếu bạn tăng tốc cánh quạt 3
và giảm tốc cánh quạt 1,
và giảm tốc cánh quạt 1,
02:28
and decrease the speed of rotor one,
54
133000
2000
02:30
then the robot pitches forward.
55
135000
3000
thì chú robot sẽ lao về phía trước.
02:33
And then finally,
56
138000
2000
Và cuối cùng là,
nếu bạn xoay cặp cánh đối diện nhau
02:35
if you spin opposite pairs of rotors
57
140000
2000
02:37
faster than the other pair,
58
142000
2000
nhanh hơn cặp còn lại,
02:39
then the robot yaws about the vertical axis.
59
144000
2000
thì chú robot sẽ xoay vòng
quanh trục thẳng đứng.
quanh trục thẳng đứng.
02:41
So an on-board processor
60
146000
2000
Một bộ xử lý tích hợp
02:43
essentially looks at what motions need to be executed
61
148000
3000
sẽ đánh giá xem
chuyển động nào cần được thực hiện
chuyển động nào cần được thực hiện
02:46
and combines these motions
62
151000
2000
và phối hợp với các chuyển động này,
02:48
and figures out what commands to send to the motors
63
153000
3000
và tính toán các lệnh
cần gửi tới động cơ,
cần gửi tới động cơ,
02:51
600 times a second.
64
156000
2000
600 lệnh một giây.
02:53
That's basically how this thing operates.
65
158000
2000
Đó cơ bản là cách robot này hoạt động.
02:55
So one of the advantages of this design
66
160000
2000
Một trong những ưu điểm của thiết kế này
02:57
is, when you scale things down,
67
162000
2000
là khi bạn thu nhỏ kích thước nó lại,
02:59
the robot naturally becomes agile.
68
164000
3000
chú robot dĩ nhiên trở nên linh hoạt hơn.
03:02
So here R
69
167000
2000
Chúng ta gọi
R là độ dài riêng của chú robot.
R là độ dài riêng của chú robot.
03:04
is the characteristic length of the robot.
70
169000
2000
03:06
It's actually half the diameter.
71
171000
3000
Thật ra đó là nửa đường kính của nó.
03:09
And there are lots of physical parameters that change
72
174000
3000
Có rất nhiều thông số vật lý thay đổi
khi bạn giảm R.
khi bạn giảm R.
03:12
as you reduce R.
73
177000
2000
03:14
The one that's the most important
74
179000
2000
Thông số quan trọng nhất là
mômen quán tính,
mômen quán tính,
03:16
is the inertia or the resistance to motion.
75
181000
2000
hoặc độ cản trở chuyển động.
03:18
So it turns out,
76
183000
2000
Ta biết rằng, mômen quán tính,
thứ ảnh hưởng lớn tới chuyển động quay,
thứ ảnh hưởng lớn tới chuyển động quay,
03:20
the inertia, which governs angular motion,
77
185000
3000
03:23
scales as a fifth power of R.
78
188000
3000
tỉ lệ với hàm luỹ thừa bậc năm của R.
03:26
So the smaller you make R,
79
191000
2000
Nên nếu bạn làm R càng nhỏ,
03:28
the more dramatically the inertia reduces.
80
193000
3000
thì mômen quán tính càng giảm nhiều.
03:31
So as a result, the angular acceleration,
81
196000
3000
Kết quả là, gia tốc góc,
03:34
denoted by Greek letter alpha here,
82
199000
2000
biểu thị bằng ký tự Hy Lạp "alpha,"
03:36
goes as one over R.
83
201000
2000
tỷ lệ với một chia R.
03:38
It's inversely proportional to R.
84
203000
2000
Nó tỉ lệ nghịch với R.
03:40
The smaller you make it the more quickly you can turn.
85
205000
3000
Bạn làm nó càng nhỏ
thì nó xoay càng nhanh.
thì nó xoay càng nhanh.
03:43
So this should be clear in these videos.
86
208000
2000
Bạn sẽ thấy rõ hơn trong các video này.
03:45
At the bottom right you see a robot
87
210000
3000
Ở góc dưới bên phải, bạn thấy
một robot đang biểu diễn xoay 360 độ
một robot đang biểu diễn xoay 360 độ
03:48
performing a 360 degree flip
88
213000
2000
03:50
in less than half a second.
89
215000
2000
trong vòng chưa đến nửa giây.
03:52
Multiple flips, a little more time.
90
217000
3000
Sẽ lâu hơn một chút khi xoay nhiều vòng.
03:55
So here the processes on board
91
220000
2000
Quá trình diễn ra trên bảng mạch
03:57
are getting feedback from accelerometers
92
222000
2000
là nhận phản hồi từ gia tốc kế
và con quay hồi chuyển,
và con quay hồi chuyển,
03:59
and gyros on board
93
224000
2000
04:01
and calculating, like I said before,
94
226000
2000
và tính toán, như tôi đã nói,
04:03
commands at 600 times a second
95
228000
2000
đưa ra khoảng 600 lệnh mỗi giây,
04:05
to stabilize this robot.
96
230000
2000
để giữ thăng bằng cho robot.
04:07
So on the left, you see Daniel throwing this robot up into the air.
97
232000
3000
Ở bên trái, bạn thấy
Daniel đang tung chú robot lên không,
Daniel đang tung chú robot lên không,
04:10
And it shows you how robust the control is.
98
235000
2000
Nó cho thấy sự điều khiển tốt đến mức nào.
04:12
No matter how you throw it,
99
237000
2000
Dù bạn tung nó như thế nào,
04:14
the robot recovers and comes back to him.
100
239000
4000
robot vẫn lấy lại thăng bằng
và bay trở lại phía anh ấy.
và bay trở lại phía anh ấy.
04:18
So why build robots like this?
101
243000
2000
Vậy vì sao cần chế tạo robot như thế?
04:20
Well robots like this have many applications.
102
245000
3000
Những robot thế này
có rất nhiều ứng dụng.
có rất nhiều ứng dụng.
04:23
You can send them inside buildings like this
103
248000
3000
Bạn có thể gửi chúng
vào trong các toà nhà
vào trong các toà nhà
04:26
as first responders to look for intruders,
104
251000
3000
với vai trò tìm kiếm và xác định
các mối đe doạ,
các mối đe doạ,
04:29
maybe look for biochemical leaks,
105
254000
3000
có thể là tìm các rò rỉ hóa học,
04:32
gaseous leaks.
106
257000
2000
rò rỉ khí ga.
04:34
You can also use them
107
259000
2000
Bạn cũng có thể ứng dụng chúng
trong xây dựng.
trong xây dựng.
04:36
for applications like construction.
108
261000
2000
04:38
So here are robots carrying beams, columns
109
263000
4000
Đây là các robot
đang mang những thanh dầm, trụ
đang mang những thanh dầm, trụ
04:42
and assembling cube-like structures.
110
267000
3000
và lắp chúng thành cấu trúc khối hộp.
04:45
I'll tell you a little bit more about this.
111
270000
3000
Tôi sẽ nói thêm một chút về điều này.
04:48
The robots can be used for transporting cargo.
112
273000
3000
Những robot này có thể được dùng
để chuyển hàng.
để chuyển hàng.
04:51
So one of the problems with these small robots
113
276000
3000
Một vấn đề của những chú robot nhỏ này
04:54
is their payload carrying capacity.
114
279000
2000
là tải trọng tối đa của chúng.
04:56
So you might want to have multiple robots
115
281000
2000
Nên bạn có thể muốn
nhiều chú robot cùng mang các tải trọng.
nhiều chú robot cùng mang các tải trọng.
04:58
carry payloads.
116
283000
2000
05:00
This is a picture of a recent experiment we did --
117
285000
2000
Đây là một hình ảnh
từ thử nghiệm mới đây,
từ thử nghiệm mới đây,
05:02
actually not so recent anymore --
118
287000
2000
thật ra chúng không mới nữa...
05:04
in Sendai shortly after the earthquake.
119
289000
3000
Ở Sendai, thời gian ngắn
sau trận động đất.
sau trận động đất.
05:07
So robots like this could be sent into collapsed buildings
120
292000
3000
Các robot thế này có thể được cử
vào trong những tòa nhà bị đổ,
vào trong những tòa nhà bị đổ,
05:10
to assess the damage after natural disasters,
121
295000
2000
để đánh giá thiệt hại
sau thảm họa thiên nhiên,
sau thảm họa thiên nhiên,
05:12
or sent into reactor buildings
122
297000
3000
hoặc gửi vào lò phản ứng hạt nhân
05:15
to map radiation levels.
123
300000
3000
để vẽ bản đồ các mức phóng xạ.
05:19
So one fundamental problem
124
304000
2000
Bài toán cơ bản nhất
mà các robot cần giải quyết
mà các robot cần giải quyết
05:21
that the robots have to solve if they're to be autonomous
125
306000
3000
nếu chúng được tự động hóa,
05:24
is essentially figuring out
126
309000
2000
là cơ bản phải tìm ra cách
để đi từ điểm A tới điểm B.
để đi từ điểm A tới điểm B.
05:26
how to get from point A to point B.
127
311000
2000
05:28
So this gets a little challenging
128
313000
2000
Đây là thử thách không nhỏ,
05:30
because the dynamics of this robot are quite complicated.
129
315000
3000
vì cách vận hành
của loại robot này rất phức tạp.
của loại robot này rất phức tạp.
05:33
In fact, they live in a 12-dimensional space.
130
318000
2000
Thật ra, chúng sống
trong không gian 12 chiều.
trong không gian 12 chiều.
05:35
So we use a little trick.
131
320000
2000
Nên chúng tôi dùng một cách.
05:37
We take this curved 12-dimensional space
132
322000
3000
Chúng tôi lấy không gian cong 12 chiều này
05:40
and transform it
133
325000
2000
và chuyển đổi nó
thành một không gian phẳng 4 chiều.
thành một không gian phẳng 4 chiều.
05:42
into a flat four-dimensional space.
134
327000
2000
05:44
And that four-dimensional space
135
329000
2000
Không gian phẳng 4 chiều này
gồm các trục x, y, z
gồm các trục x, y, z
05:46
consists of X, Y, Z and then the yaw angle.
136
331000
3000
và vector góc quay.
05:49
And so what the robot does
137
334000
2000
Nên những gì robot làm,
05:51
is it plans what we call a minimum snap trajectory.
138
336000
4000
là tính toán thứ mà chúng tôi gọi là
Quỹ đạo thăng bằng tối ưu.
Quỹ đạo thăng bằng tối ưu.
05:55
So to remind you of physics,
139
340000
2000
Nhắc lại bạn một chút vật lý,
05:57
you have position, derivative, velocity,
140
342000
2000
bạn có toạ độ,
đạo hàm của nó là vận tốc,
đạo hàm của nó là vận tốc,
05:59
then acceleration,
141
344000
2000
và gia tốc;
06:01
and then comes jerk
142
346000
2000
nếu khi bay, nó bị xóc,
06:03
and then comes snap.
143
348000
2000
nó sẽ mất thăng bằng.
06:05
So this robot minimizes snap.
144
350000
3000
Nên robot cố gắng giảm tối đa
việc mất thăng bằng.
việc mất thăng bằng.
06:08
So what that effectively does
145
353000
2000
Vì vậy kết quả là,
06:10
is produces a smooth and graceful motion.
146
355000
2000
nó tạo ra chuyển động
cân bằng và nhịp nhàng.
cân bằng và nhịp nhàng.
06:12
And it does that avoiding obstacles.
147
357000
3000
Và nó biết tránh các chướng ngại vật.
06:15
So these minimum snap trajectories in this flat space
148
360000
3000
Sau đó quỹ đạo cân bằng tối ưu
trong không gian phẳng được ánh xạ ngược,
trong không gian phẳng được ánh xạ ngược,
06:18
are then transformed back
149
363000
2000
06:20
into this complicated 12-dimensional space,
150
365000
2000
trở lại không gian phức tạp 12 chiều,
06:22
which the robot must do
151
367000
2000
tại đó robot phải tính toán
để điều khiển và thực hiện lệnh.
để điều khiển và thực hiện lệnh.
06:24
for control and then execution.
152
369000
2000
06:26
So let me show you some examples
153
371000
2000
Để tôi cho bạn xem một vài ví dụ
06:28
of what these minimum snap trajectories look like.
154
373000
2000
minh hoạ cho quỹ đạo cân bằng tối ưu này.
06:30
And in the first video,
155
375000
2000
Trong video đầu tiên,
06:32
you'll see the robot going from point A to point B
156
377000
2000
bạn sẽ thấy robot đi từ điểm A đến điểm B,
06:34
through an intermediate point.
157
379000
2000
xuyên qua điểm trung gian.
(Tiếng động cơ)
06:42
So the robot is obviously capable
158
387000
2000
Robot có khả năng tự di chuyển
trên mọi quỹ đạo cong khác nhau.
trên mọi quỹ đạo cong khác nhau.
06:44
of executing any curve trajectory.
159
389000
2000
06:46
So these are circular trajectories
160
391000
2000
Đây là các quỹ đạo tròn,
06:48
where the robot pulls about two G's.
161
393000
3000
tại đó robot chịu gia tốc hướng tâm
khoảng 2 g.
khoảng 2 g.
06:52
Here you have overhead motion capture cameras on the top
162
397000
4000
Một camera bắt chuyển động
được gắn trên đầu robot
được gắn trên đầu robot
06:56
that tell the robot where it is 100 times a second.
163
401000
3000
cho phép robot tự định vị
với tần số 100 lần mỗi giây.
với tần số 100 lần mỗi giây.
06:59
It also tells the robot where these obstacles are.
164
404000
3000
Nó giúp robot nhận biết
vị trí chướng ngại vật,
vị trí chướng ngại vật,
07:02
And the obstacles can be moving.
165
407000
2000
Và nếu các chướng ngại di động.
07:04
And here you'll see Daniel throw this hoop into the air,
166
409000
3000
Bạn thấy Daniel
đang ném lên một chiếc vòng,
đang ném lên một chiếc vòng,
07:07
while the robot is calculating the position of the hoop
167
412000
2000
robot sẽ tính toán vị trí chiếc vòng đó,
07:09
and trying to figure out how to best go through the hoop.
168
414000
4000
và tìm cách vượt qua chướng ngại.
07:13
So as an academic,
169
418000
2000
Là các nhà khoa học,
07:15
we're always trained to be able to jump through hoops to raise funding for our labs,
170
420000
3000
chúng tôi được rèn luyện
để vượt qua chướng ngại,
để vượt qua chướng ngại,
và kêu gọi ủng hộ cho nghiên cứu
07:18
and we get our robots to do that.
171
423000
3000
nhờ những con robot như thế này.
07:21
(Applause)
172
426000
6000
(Vỗ tay)
07:27
So another thing the robot can do
173
432000
2000
Một khả năng khác của các robot là
07:29
is it remembers pieces of trajectory
174
434000
3000
Nó ghi nhớ các quỹ đạo
07:32
that it learns or is pre-programmed.
175
437000
2000
mà nó tự học được hoặc đã được lập trình sẵn.
07:34
So here you see the robot
176
439000
2000
Bạn có thể thấy robot đang phối hợp
1 chuyển động để tăng đà quay
1 chuyển động để tăng đà quay
07:36
combining a motion
177
441000
2000
07:38
that builds up momentum
178
443000
2000
07:40
and then changes its orientation and then recovers.
179
445000
3000
và đổi góc bay linh hoạt rồi trở lại
hình dáng cũ.
hình dáng cũ.
07:43
So it has to do this because this gap in the window
180
448000
3000
Nó làm như vậy vì cái khe cửa sổ đó
07:46
is only slightly larger than the width of the robot.
181
451000
4000
chỉ lớn hơn chiều rộng của robot một chút.
07:50
So just like a diver stands on a springboard
182
455000
3000
Giống như một vận động viên
đang đứng trên ván nhảy,
đang đứng trên ván nhảy,
07:53
and then jumps off it to gain momentum,
183
458000
2000
anh ta nhảy lên rất cao để tăng động lượng
07:55
and then does this pirouette, this two and a half somersault through
184
460000
3000
cuộn mình xoay tròn
khoảng hai vòng rưỡi,
khoảng hai vòng rưỡi,
07:58
and then gracefully recovers,
185
463000
2000
và quay về tư thế cũ,
08:00
this robot is basically doing that.
186
465000
2000
con robot này cũng tương tự.
08:02
So it knows how to combine little bits and pieces of trajectories
187
467000
3000
Nó biết cách kết hợp nhiều chuyển động
trên các quỹ đạo khác nhau
trên các quỹ đạo khác nhau
08:05
to do these fairly difficult tasks.
188
470000
4000
để làm các thao tác phức tạp.
08:09
So I want change gears.
189
474000
2000
Tôi vẫn muốn cải tiến nó.
08:11
So one of the disadvantages of these small robots is its size.
190
476000
3000
Một bất lợi của những con robot này
là chúng quá nhỏ.
là chúng quá nhỏ.
08:14
And I told you earlier
191
479000
2000
Tôi đã nói với bạn là
08:16
that we may want to employ lots and lots of robots
192
481000
2000
chúng tôi muốn sử dụng chúng
với số lượng lớn,
với số lượng lớn,
08:18
to overcome the limitations of size.
193
483000
3000
để bù trừ kích cỡ nhỏ bé của chúng.
08:21
So one difficulty
194
486000
2000
Khó khăn là:
08:23
is how do you coordinate lots of these robots?
195
488000
3000
Làm sao để điều hành chúng
với số lượng lớn như vậy?
với số lượng lớn như vậy?
08:26
And so here we looked to nature.
196
491000
2000
Vì vậy, chúng tôi quan sát ngoài tự nhiên.
08:28
So I want to show you a clip
197
493000
2000
Tôi muốn các bạn xem video về cách
loài kiến sa mạc Aphaenogaster,
loài kiến sa mạc Aphaenogaster,
08:30
of Aphaenogaster desert ants
198
495000
2000
08:32
in Professor Stephen Pratt's lab carrying an object.
199
497000
3000
trong phòng thí nghiệm của giáo sư Pratt,
hợp tác mang vật nặng.
hợp tác mang vật nặng.
08:35
So this is actually a piece of fig.
200
500000
2000
Chúng đang mang miếng vỏ cây sung.
08:37
Actually you take any object coated with fig juice
201
502000
2000
Bạn chỉ cần bôi nhựa sung
lên một vật nào đó,
lên một vật nào đó,
08:39
and the ants will carry them back to the nest.
202
504000
3000
và đàn kiến sẽ tha nó về tổ.
08:42
So these ants don't have any central coordinator.
203
507000
3000
Bạn thấy đó, đàn kiến này
không được trực tiếp chỉ huy.
không được trực tiếp chỉ huy.
08:45
They sense their neighbors.
204
510000
2000
Chúng cảm nhận vị trí của nhau.
08:47
There's no explicit communication.
205
512000
2000
Không có trao đổi trực tiếp nào diễn ra.
08:49
But because they sense the neighbors
206
514000
2000
Nhưng chúng cảm nhận được nhau
08:51
and because they sense the object,
207
516000
2000
và cảm nhận được vật chúng đang mang,
08:53
they have implicit coordination across the group.
208
518000
3000
vậy phải có một dạng
chỉ dẫn ngầm nào đó trong toàn đội.
chỉ dẫn ngầm nào đó trong toàn đội.
08:56
So this is the kind of coordination
209
521000
2000
Đây chính là thứ chúng tôi muốn
những con robot có.
những con robot có.
08:58
we want our robots to have.
210
523000
3000
09:01
So when we have a robot
211
526000
2000
Giả sử ta có một robot
đang đứng cạnh nhiều robot khác.
đang đứng cạnh nhiều robot khác.
09:03
which is surrounded by neighbors --
212
528000
2000
09:05
and let's look at robot I and robot J --
213
530000
2000
Hãy xem xét robot i và j.
09:07
what we want the robots to do
214
532000
2000
Chúng tôi muốn những robot này
09:09
is to monitor the separation between them
215
534000
3000
tự theo dõi khoảng cách giữa chúng
09:12
as they fly in formation.
216
537000
2000
khi chúng bay thành đội hình.
09:14
And then you want to make sure
217
539000
2000
Chúng tôi muốn chắc chắn rằng
khoảng cách này
nằm trong khoảng cho phép.
nằm trong khoảng cho phép.
09:16
that this separation is within acceptable levels.
218
541000
2000
09:18
So again the robots monitor this error
219
543000
3000
Một lần nữa, chúng theo dõi điều này
09:21
and calculate the control commands
220
546000
2000
và tính toán khoảng 100 lệnh điều khiển
mỗi giây,
mỗi giây,
09:23
100 times a second,
221
548000
2000
09:25
which then translates to the motor commands 600 times a second.
222
550000
3000
sau đó chúng chuyển thành lệnh di chuyển
600 lần mỗi giây.
09:28
So this also has to be done
223
553000
2000
Việc này cần được mỗi thành viên
trong đội hình tự thực hiện.
trong đội hình tự thực hiện.
09:30
in a decentralized way.
224
555000
2000
09:32
Again, if you have lots and lots of robots,
225
557000
2000
Nếu bạn có rất nhiều con robot khác nhau,
09:34
it's impossible to coordinate all this information centrally
226
559000
4000
bạn không thể dùng một bộ não trung tâm
để xử lý hết các thông tin
để xử lý hết các thông tin
09:38
fast enough in order for the robots to accomplish the task.
227
563000
3000
với tốc độ đủ nhanh
khi chúng thực hiện nhiệm vụ.
khi chúng thực hiện nhiệm vụ.
09:41
Plus the robots have to base their actions
228
566000
2000
Hơn nữa, các robot chỉ được phép tính toán
dựa trên các thông tin tại chỗ,
dựa trên các thông tin tại chỗ,
09:43
only on local information,
229
568000
2000
09:45
what they sense from their neighbors.
230
570000
2000
là những thứ
chúng cảm giác được từ các con khác.
chúng cảm giác được từ các con khác.
09:47
And then finally,
231
572000
2000
Cuối cùng,
09:49
we insist that the robots be agnostic
232
574000
2000
chúng tôi không muốn các robot
biết thông tin cá nhân của những con khác.
biết thông tin cá nhân của những con khác.
09:51
to who their neighbors are.
233
576000
2000
09:53
So this is what we call anonymity.
234
578000
3000
Chúng tôi gọi đó là sự Ẩn danh.
09:56
So what I want to show you next
235
581000
2000
Tôi muốn các bạn xem video tiếp theo
về cách 20 con robot cỡ nhỏ này
về cách 20 con robot cỡ nhỏ này
09:58
is a video
236
583000
2000
10:00
of 20 of these little robots
237
585000
3000
10:03
flying in formation.
238
588000
2000
bay theo đội hình.
10:05
They're monitoring their neighbors' position.
239
590000
3000
Chúng tự theo dõi vị trí của nhau.
10:08
They're maintaining formation.
240
593000
2000
Chúng giữ đội hình bay.
10:10
The formations can change.
241
595000
2000
Đội hình bay có thể thay đổi.
10:12
They can be planar formations,
242
597000
2000
Chúng có thể bay trên một mặt phẳng
10:14
they can be three-dimensional formations.
243
599000
2000
hoặc trong không gian.
10:16
As you can see here,
244
601000
2000
Bạn thấy đó,
10:18
they collapse from a three-dimensional formation into planar formation.
245
603000
3000
chúng đang chuyển đội hình từ
một mặt phẳng sang toàn không gian.
một mặt phẳng sang toàn không gian.
10:21
And to fly through obstacles
246
606000
2000
Để bay qua chướng ngại vật,
10:23
they can adapt the formations on the fly.
247
608000
4000
chúng sẽ điều chỉnh đội hình khi bay.
10:27
So again, these robots come really close together.
248
612000
3000
Khi bay, chúng sẽ ở rất sát nhau.
10:30
As you can see in this figure-eight flight,
249
615000
2000
Bạn đang thấy
ở đội hình bay hình số 8 này,
ở đội hình bay hình số 8 này,
10:32
they come within inches of each other.
250
617000
2000
khoảng cách giữa chúng là dưới 10cm.
10:34
And despite the aerodynamic interactions
251
619000
3000
Mặc dù bị ảnh hưởng bởi dòng không khí
do cánh quạt các robot khác gây ra,
do cánh quạt các robot khác gây ra,
10:37
of these propeller blades,
252
622000
2000
10:39
they're able to maintain stable flight.
253
624000
2000
chúng vẫn duy trì đội hình ổn định.
10:41
(Applause)
254
626000
7000
(Vỗ tay)
10:48
So once you know how to fly in formation,
255
633000
2000
Khi đã biết cùng nhau bay theo đội hình,
10:50
you can actually pick up objects cooperatively.
256
635000
2000
bạn có thể cùng nhau
di chuyển các vật nặng.
di chuyển các vật nặng.
10:52
So this just shows
257
637000
2000
Điều này cho thấy chúng tôi
có thể tăng gấp hai, gấp ba, gấp bốn
có thể tăng gấp hai, gấp ba, gấp bốn
10:54
that we can double, triple, quadruple
258
639000
3000
10:57
the robot strength
259
642000
2000
khả năng của robot,
10:59
by just getting them to team with neighbors, as you can see here.
260
644000
2000
chỉ bằng việc dạy chúng cách hợp tác,
như bạn đã thấy.
như bạn đã thấy.
11:01
One of the disadvantages of doing that
261
646000
3000
Làm cách này có một bất lợi,
đó là khi bạn tăng kích thước robot...
đó là khi bạn tăng kích thước robot...
11:04
is, as you scale things up --
262
649000
2000
11:06
so if you have lots of robots carrying the same thing,
263
651000
2000
Giả sử có nhiều robot
đang cùng mang một vật rất nặng.
đang cùng mang một vật rất nặng.
11:08
you're essentially effectively increasing the inertia,
264
653000
3000
bạn sẽ phải tăng kích thước,
hay quán tính của chúng.
hay quán tính của chúng.
11:11
and therefore you pay a price; they're not as agile.
265
656000
3000
Khi đó sẽ phải đánh đổi:
Chúng sẽ kém nhanh nhẹn hơn.
Chúng sẽ kém nhanh nhẹn hơn.
11:14
But you do gain in terms of payload carrying capacity.
266
659000
3000
Nhưng bạn sẽ được lợi
vì chúng có thể mang vật nặng hơn.
vì chúng có thể mang vật nặng hơn.
11:17
Another application I want to show you --
267
662000
2000
Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi
đã đạt được vài thành công khác.
đã đạt được vài thành công khác.
11:19
again, this is in our lab.
268
664000
2000
11:21
This is work done by Quentin Lindsey who's a graduate student.
269
666000
2000
Đây là kết quả của
nghiên cứu sinh Quentin Lindsey.
nghiên cứu sinh Quentin Lindsey.
11:23
So his algorithm essentially tells these robots
270
668000
3000
Thuật toán anh ấy viết
dạy cho robot
dạy cho robot
11:26
how to autonomously build
271
671000
2000
cách tự động lắp ghép
các khối hộp chữ nhật
các khối hộp chữ nhật
11:28
cubic structures
272
673000
2000
11:30
from truss-like elements.
273
675000
3000
từ các thanh thép có sẵn.
11:33
So his algorithm tells the robot
274
678000
2000
Thuật toán đó dạy robot
nên lấy cái gì,
nên lấy cái gì,
11:35
what part to pick up,
275
680000
2000
11:37
when and where to place it.
276
682000
2000
đặt chúng ở đâu và khi nào...
11:39
So in this video you see --
277
684000
2000
Bạn thấy trong video này...
11:41
and it's sped up 10, 14 times --
278
686000
2000
Nó đang được tua nhanh 14 lần...
11:43
you see three different structures being built by these robots.
279
688000
3000
Bạn đang thấy các robot đang tạo nên
3 cấu trúc khác nhau.
3 cấu trúc khác nhau.
11:46
And again, everything is autonomous,
280
691000
2000
Một lần nữa, mọi thứ vận hành tự động,
11:48
and all Quentin has to do
281
693000
2000
mọi việc Quentin phải làm
11:50
is to get them a blueprint
282
695000
2000
là cho robot xem bản thiết kế
của cấu trúc anh ta muốn xây.
của cấu trúc anh ta muốn xây.
11:52
of the design that he wants to build.
283
697000
4000
11:56
So all these experiments you've seen thus far,
284
701000
3000
Mọi thí nghiệm mà các bạn đã theo dõi,
11:59
all these demonstrations,
285
704000
2000
tất cả các mô phỏng này,
đều được thực hiện nhờ sự giúp đỡ
của camera bắt chuyển động.
của camera bắt chuyển động.
12:01
have been done with the help of motion capture systems.
286
706000
3000
12:04
So what happens when you leave your lab
287
709000
2000
Vậy, điều gì sẽ xảy ra
khi bạn rời phòng thí nghiệm
khi bạn rời phòng thí nghiệm
12:06
and you go outside into the real world?
288
711000
3000
và ra thế giới bên ngoài?
12:09
And what if there's no GPS?
289
714000
3000
Nếu không có GPS thì sao?
12:12
So this robot
290
717000
2000
Các robot đã được trang bị một camera,
12:14
is actually equipped with a camera
291
719000
2000
12:16
and a laser rangefinder, laser scanner.
292
721000
3000
một bộ cảm biến khoảng cách
và một máy quét laser.
và một máy quét laser.
12:19
And it uses these sensors
293
724000
2000
Chúng dùng các thiết bị đó
để dựng bản đồ môi trường xung quanh.
để dựng bản đồ môi trường xung quanh.
12:21
to build a map of the environment.
294
726000
2000
12:23
What that map consists of are features --
295
728000
3000
Bản đồ đó bao gồm nhiều thứ,
12:26
like doorways, windows,
296
731000
2000
ví dụ như cửa ra vào, cửa sổ,
con người, các đồ dùng...
con người, các đồ dùng...
12:28
people, furniture --
297
733000
2000
12:30
and it then figures out where its position is
298
735000
2000
và robot sẽ biết
vị trí tương đối của nó
vị trí tương đối của nó
12:32
with respect to the features.
299
737000
2000
so với các vật xung quanh.
12:34
So there is no global coordinate system.
300
739000
2000
Không có máy chủ định hướng nào hết.
12:36
The coordinate system is defined based on the robot,
301
741000
3000
Hệ thống định hướng được đặt
ở trong mỗi con robot,
ở trong mỗi con robot,
12:39
where it is and what it's looking at.
302
744000
3000
cho nó biết vị trí và phương hướng.
12:42
And it navigates with respect to those features.
303
747000
3000
Nó giúp robot định hướng
môi trường và chướng ngại vật.
môi trường và chướng ngại vật.
12:45
So I want to show you a clip
304
750000
2000
Tôi muốn các bạn xem 1 video
12:47
of algorithms developed by Frank Shen
305
752000
2000
nói về thuật toán được phát triển bởi
Frank Shen và giáo sư Nathan Michael,
Frank Shen và giáo sư Nathan Michael,
12:49
and Professor Nathan Michael
306
754000
2000
12:51
that shows this robot entering a building for the very first time
307
756000
4000
bạn đang thấy con robot lần đầu tiên
vào một ngôi nhà,
vào một ngôi nhà,
12:55
and creating this map on the fly.
308
760000
3000
nó đang tự vẽ bản đồ trong lúc bay.
12:58
So the robot then figures out what the features are.
309
763000
3000
Robot sẽ phân tích
các chi tiết bên trong ngôi nhà,
các chi tiết bên trong ngôi nhà,
13:01
It builds the map.
310
766000
2000
và phác hoạ bản đồ.
Nó phân tích vị trí tương đối của mình
trong môi trường xung quanh,
trong môi trường xung quanh,
13:03
It figures out where it is with respect to the features
311
768000
2000
13:05
and then estimates its position
312
770000
2000
và tự ước lượng toạ độ
100 lần mỗi giây.
100 lần mỗi giây.
13:07
100 times a second
313
772000
2000
13:09
allowing us to use the control algorithms
314
774000
2000
Điều đó cho phép chúng tôi dùng
thuật toán điều khiển tôi vừa kể trên.
thuật toán điều khiển tôi vừa kể trên.
13:11
that I described to you earlier.
315
776000
2000
13:13
So this robot is actually being commanded
316
778000
2000
Thực ra con robot này đang bị Frank
điều khiển từ xa,
điều khiển từ xa,
13:15
remotely by Frank.
317
780000
2000
13:17
But the robot can also figure out
318
782000
2000
nhưng tự nó cũng có thể tìm đường đi.
13:19
where to go on its own.
319
784000
2000
13:21
So suppose I were to send this into a building
320
786000
2000
Hãy giả sử tôi phải vào một căn nhà,
13:23
and I had no idea what this building looked like,
321
788000
2000
mà tôi không hề biết cấu trúc của nó.
13:25
I can ask this robot to go in,
322
790000
2000
Tôi sẽ cho robot vào trước,
13:27
create a map
323
792000
2000
dựng bản đồ,
13:29
and then come back and tell me what the building looks like.
324
794000
3000
sau đó quay lại
và cho tôi biết cấu trúc của nó.
và cho tôi biết cấu trúc của nó.
13:32
So here, the robot is not only solving the problem,
325
797000
3000
Vậy là robot không chỉ
biết giải quyết các vấn đề như
biết giải quyết các vấn đề như
13:35
how to go from point A to point B in this map,
326
800000
3000
làm thế nào để đi từ điểm A tới điểm B
trong bản đồ,
trong bản đồ,
13:38
but it's figuring out
327
803000
2000
nó còn luôn tìm ra điểm B tối ưu,
hay đích đến tốt nhất mọi.
hay đích đến tốt nhất mọi.
13:40
what the best point B is at every time.
328
805000
2000
13:42
So essentially it knows where to go
329
807000
3000
Về cơ bản là nó biết đi tới đâu,
13:45
to look for places that have the least information.
330
810000
2000
biết cách xoay sở
với lượng thông tin ít nhất có thể,
với lượng thông tin ít nhất có thể,
13:47
And that's how it populates this map.
331
812000
3000
và đó là cách nó dựng bản đồ.
13:50
So I want to leave you
332
815000
2000
Và tôi muốn nói với bạn
về ứng dụng của loại robot này.
về ứng dụng của loại robot này.
13:52
with one last application.
333
817000
2000
13:54
And there are many applications of this technology.
334
819000
3000
Ta có thể làm nhiều thứ nhờ
những công nghệ này.
những công nghệ này.
13:57
I'm a professor, and we're passionate about education.
335
822000
2000
Tôi là một giáo sư, và chúng ta
đều đam mê việc giáo dục.
đều đam mê việc giáo dục.
13:59
Robots like this can really change the way
336
824000
2000
Các robot như thế sẽ thay đổi hoàn toàn
hệ thống giáo dục 12 năm của ta.
hệ thống giáo dục 12 năm của ta.
14:01
we do K through 12 education.
337
826000
2000
14:03
But we're in Southern California,
338
828000
2000
Chúng ta đang ở nam California,
14:05
close to Los Angeles,
339
830000
2000
khá gần Los Angeles,
14:07
so I have to conclude
340
832000
2000
vậy để "nhập gia tuỳ tục," tôi sẽ kết luận
vấn đề theo cách vui vẻ nhất.
vấn đề theo cách vui vẻ nhất.
14:09
with something focused on entertainment.
341
834000
2000
14:11
I want to conclude with a music video.
342
836000
2000
Tôi muốn kết thúc bằng một bài hát.
14:13
I want to introduce the creators, Alex and Daniel,
343
838000
3000
Tôi muốn giới thiệu Alex và Daniel,
những người đã làm video này.
những người đã làm video này.
14:16
who created this video.
344
841000
2000
14:18
(Applause)
345
843000
7000
(Vỗ tay)
14:25
So before I play this video,
346
850000
2000
Trước khi các bạn xem,
14:27
I want to tell you that they created it in the last three days
347
852000
3000
tôi muốn nói rằng, họ đã làm video này
ba ngày trước
ba ngày trước
14:30
after getting a call from Chris.
348
855000
2000
sau khi Chris gọi điện cho họ.
14:32
And the robots that play the video
349
857000
2000
Và những robot trong video này
chơi nhạc hoàn toàn tự động.
chơi nhạc hoàn toàn tự động.
14:34
are completely autonomous.
350
859000
2000
14:36
You will see nine robots play six different instruments.
351
861000
3000
Bạn sẽ xem chín chú robot
chơi sáu loại nhạc cụ khác nhau.
chơi sáu loại nhạc cụ khác nhau.
14:39
And of course, it's made exclusively for TED 2012.
352
864000
4000
Đặc biệt, video này được làm đặc biệt để
chào mừng TED 2012.
chào mừng TED 2012.
14:43
Let's watch.
353
868000
3000
Hãy cùng xem nào!
15:19
(Music)
354
904000
10000
16:23
(Applause)
355
968000
17000
ABOUT THE SPEAKER
Vijay Kumar - RoboticistAs 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.
Vijay Kumar | Speaker | TED.com