ABOUT THE SPEAKER
Raffaello D'Andrea - Autonomous systems pioneer
Raffaello D'Andrea explores the possibilities of autonomous technology by collaborating with artists, engineers and entrepreneurs.

Why you should listen

Raffaello D'Andrea combines academics, business, and the arts to explore the capabilities of autonomous systems. As part of his research as professor of dynamic systems and control at the Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zürich), he and his collaborators enchant viewers with works like the self-destructing, self-assembling Robotic Chair, or the Balancing Cube that can perch itself on its corners.

D’Andrea and his team created the Flying Machine Arena to test the gravity-defying abilities of their athletic flying robots. Building on research in the Flying Machine Arena, ETH Zürich partnered with its spin-off company Verity Studios and with Cirque du Soleil to create “Sparked,” a short film showcasing the unexpected airborne dexterity of quadcopters. D’Andrea is the co-founder of Kiva Systems, a robotics company that develops intelligent automated warehouse systems and that was acquired by Amazon in 2012.

More profile about the speaker
Raffaello D'Andrea | Speaker | TED.com
TED2016

Raffaello D'Andrea: Meet the dazzling flying machines of the future

拉菲羅‧安德烈: 帶你一窺令人目眩神迷的未來飛行器

Filmed:
8,053,974 views

當你聽到「無人駕駛飛機」,可能覺得它要不是很實用,就是很嚇人。但它有沒有可能是個藝術品?自控系統專家拉菲羅‧安德烈專門研發飛行機器,他最新的作品將自主飛行帶向全新的境界──從可以在空中盤旋並從亂流中恢復的飛行翼、搭載八個螺旋槳的全向飛行器,到成群結隊的微型四軸飛行器。準備好為這些如夢似幻、在TED舞台上如螢火蟲般飛舞的飛行器目眩神迷吧。
- Autonomous systems pioneer
Raffaello D'Andrea explores the possibilities of autonomous technology by collaborating with artists, engineers and entrepreneurs. Full bio

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

00:12
What started開始 as a platform平台 for hobbyists愛好者
0
920
1976
我們從一個愛好者平台開始,
00:14
is poised準備 to become成為
a multibillion-dollar數十億美元 industry行業.
1
2920
2936
有望發展成一個數十億元的產業。
00:17
Inspection檢查, environmental環境的 monitoring監控,
photography攝影 and film電影 and journalism新聞學:
2
5880
4056
偵查、環境監控、攝影、
電影和新聞業──
00:21
these are some of the potential潛在
applications應用 for commercial廣告 drones無人駕駛飛機,
3
9960
3176
這些都是商用無人飛行器的潛在機會,
而它們的實現
00:25
and their enablers促成
are the capabilities功能 being存在 developed發達
4
13160
2616
得仰賴全球許多研究機構
所研發的各種功能。
00:27
at research研究 facilities設備 around the world世界.
5
15800
1936
00:29
For example, before aerial天線
package delivery交貨
6
17760
2616
舉個例,在空中包裹運送
00:32
entered進入 our social社會 consciousness意識,
7
20400
1816
進入我們的社會認知之前,
00:34
an autonomous自主性 fleet艦隊 of flying飛行 machines
built內置 a six-meter-tall六米高 tower
8
22240
3976
一組自動化飛行機隊
就曾將一個6公尺高、
00:38
composed of 1,500 bricks磚塊
9
26240
1936
由1500個磚塊構成的塔,
00:40
in front面前 of a live生活 audience聽眾
at the FRACFRAC Centre中央 in France法國,
10
28200
2936
就在法國當代藝術中心的
現場觀眾面前蓋了起來。
00:43
and several一些 years年份 ago,
they started開始 to fly with ropes繩索.
11
31160
2576
而在那幾年之前,
它們從帶著繩索飛行開始。
透過繩索連結飛行器,
00:45
By tethering圈養 flying飛行 machines,
12
33760
1416
它們可以在非常狹小的空間內
用很高的速度及加速度飛行。
00:47
they can achieve實現 high speeds速度
and accelerations加速度 in very tight spaces空間.
13
35200
3776
00:51
They can also autonomously自主 build建立
tensile拉伸 structures結構.
14
39000
3096
它們還能自動建造高張力的結構。
00:54
Skills技能 learned學到了 include包括 how to carry攜帶 loads負載,
15
42120
2416
它們學會的技能包含如何裝載貨物、
00:56
how to cope應付 with disturbances騷亂,
16
44560
1456
如何應付亂流、
00:58
and in general一般, how to interact相互作用
with the physical物理 world世界.
17
46040
3096
以及概括而言,
如何和實體世界互動。
01:01
Today今天 we want to show顯示 you some
new projects項目 that we've我們已經 been working加工 on.
18
49160
3336
今天我們想讓各位看一些
我們正在進行的新專案。
01:04
Their aim目標 is to push the boundary邊界
of what can be achieved實現
19
52520
2936
它們的目標是擴展自主飛行
所能達成的境界。
01:07
with autonomous自主性 flight飛行.
20
55480
1536
01:09
Now, for a system系統 to function功能
autonomously自主,
21
57040
2456
那麼,要讓系統能自動運作,
01:11
it must必須 collectively know the location位置
of its mobile移動 objects對象 in space空間.
22
59520
4456
它必須知道所有移動物體
在空間上的位置。
01:16
Back at our lab實驗室 at ETHETH Zurich蘇黎世,
23
64000
1896
在我們蘇黎世聯邦工學院的實驗室裡,
01:17
we often經常 use external外部 cameras相機
to locate定位 objects對象,
24
65920
2856
我們常用外部的攝影機來定位物體,
01:20
which哪一個 then allows允許 us to focus焦點 our efforts努力
25
68800
1976
這讓我們能全神貫注,
01:22
on the rapid快速 development發展
of highly高度 dynamic動態 tasks任務.
26
70800
2656
將精力用在快速開發高度動態的任務。
01:25
For the demos演示 you will see today今天, however然而,
27
73480
2056
然而,今天各位看到的展示,
01:27
we will use new localization本土化 technology技術
developed發達 by VerityVerity的 Studios工作室,
28
75560
3296
我們將使用Verity Studios
所開發的新定位技術,
01:30
a spin-off分拆 from our lab實驗室.
29
78880
1616
他們是我們實驗室的一個分支機構。
01:32
There are no external外部 cameras相機.
30
80520
1616
不用任何的外部攝影機,
01:34
Each flying飛行 machine uses使用 onboard在船上 sensors傳感器
to determine確定 its location位置 in space空間
31
82160
5056
每一個飛行器都用內建的感應器
判斷自己的位置,
01:39
and onboard在船上 computation計算
to determine確定 what its actions行動 should be.
32
87240
3440
並用內建的電腦判斷該採取的動作。
01:43
The only external外部 commands命令
are high-level高水平 ones那些
33
91280
2176
只有高階的指令來自外部,
01:45
such這樣 as "take off" and "land土地."
34
93480
1520
例如「起飛」和「降落」。
02:10
This is a so-called所謂 tail-sitter尾保姆.
35
118560
1896
這是一個所謂的立式起落機。
02:12
It's an aircraft飛機 that tries嘗試
to have its cake蛋糕 and eat it.
36
120480
3456
它就像一台什麼都想做到的飛機。
02:15
Like other fixed-wing固定翼 aircraft飛機,
it is efficient高效 in forward前鋒 flight飛行,
37
123960
3256
如同其他固定機翼的飛機,
它可以很有效率地向前飛行,
02:19
much more so than helicopters直升機
and variations變化 thereof.
38
127240
3215
效果比直升機或之類的飛行器好得多。
02:22
Unlike不像 most other
fixed-wing固定翼 aircraft飛機, however然而,
39
130479
2417
但它又和固定機翼的飛機不一樣,
02:24
it is capable of hovering徘徊,
40
132920
1496
它可以在空中盤旋,
02:26
which哪一個 has huge巨大 advantages優點
for takeoff脫掉, landing降落
41
134440
3136
這讓它在起飛、降落
和一些通用動作上有很大的優勢。
02:29
and general一般 versatility多功能性.
42
137600
1240
02:31
There is no free自由 lunch午餐, unfortunately不幸.
43
139480
2096
很不幸地,天下沒有白吃的午餐。
02:33
One of the limitations限制 with tail-sitters尾保姆
44
141600
1936
立式起落機一個很大的限制
02:35
is that they're susceptible易感
to disturbances騷亂 such這樣 as wind gusts陣風.
45
143560
2976
就是它們對於陣風之類的干擾很敏感。
我們正在開發新的控制架構和演算法
02:38
We're developing發展 new control控制
architectures架構 and algorithms算法
46
146560
2696
試著突破這個限制。
02:41
that address地址 this limitation局限性.
47
149280
1400
02:50
The idea理念 is for the aircraft飛機 to recover恢復
48
158560
2256
我們的想法是讓這個飛行器
02:52
no matter what state it finds認定 itself本身 in,
49
160840
2640
無論遭遇什麼情況都能復原。
03:03
and through通過 practice實踐,
improve提高 its performance性能 over time.
50
171400
2920
而且透過練習,還能逐漸提高效能。
03:15
(Applause掌聲)
51
183600
4400
(掌聲)
03:22
OK.
52
190000
1200
好的。
03:33
When doing research研究,
53
201480
1216
進行研究時,
我們經常問自己一些基本的抽象問題,
03:34
we often經常 ask ourselves我們自己
fundamental基本的 abstract抽象 questions問題
54
202720
2976
03:37
that try to get at the heart of a matter.
55
205720
2560
讓我們能直搗問題核心。
03:41
For example, one such這樣 question would be,
56
209240
2216
比方說,其中一個問題是,
03:43
what is the minimum最低限度 number of moving移動 parts部分
needed需要 for controlled受控 flight飛行?
57
211480
4016
要控制飛行,
最少要有幾個會動的零件?
03:47
Now, there are practical實際的 reasons原因
58
215520
1576
我們有很實際的理由
探索這個問題的答案。
03:49
why you may可能 want to know
the answer回答 to such這樣 a question.
59
217120
2616
以直升機為例,
03:51
Helicopters直升機, for example,
60
219760
1256
03:53
are affectionately深情 known已知
as machines with a thousand moving移動 parts部分
61
221040
3856
大家都認為這是一種
由上千個活動零件組成的機器,
03:56
all conspiring合謀 to do you bodily身體 harm危害.
62
224920
2680
每個零件都可能會導致你受傷。
04:00
It turns out that decades幾十年 ago,
63
228640
1856
事實是在數十年前,
04:02
skilled技能的 pilots飛行員 were able能夠 to fly
remote-controlled遠程控制 aircraft飛機
64
230520
3176
技巧高超的駕駛就已能
遙控駕駛這種飛行器了,
04:05
that had only two moving移動 parts部分:
65
233720
1896
而這個飛行器只有兩個會動的東西:
04:07
a propeller螺旋槳 and a tail尾巴 rudder.
66
235640
1840
螺旋槳和尾翼。
04:10
We recently最近 discovered發現
that it could be doneDONE with just one.
67
238000
3120
我們最近發現,其實只需要一個。
04:13
This is the monospinnermonospinner,
68
241600
1256
這是「單軸機」,
世上結構最簡單的可控式飛行機器,
04:14
the world's世界 mechanically機械 simplest簡單
controllable可控制 flying飛行 machine,
69
242880
3256
04:18
invented發明 just a few少數 months個月 ago.
70
246160
1776
幾個月前才發明的。
04:19
It has only one moving移動 part部分, a propeller螺旋槳.
71
247960
3136
它只有一個會動的零件,就是螺旋槳。
04:23
It has no flaps襟翼, no hinges鉸鏈, no ailerons副翼,
72
251120
3576
沒有襟翼,沒有絞鍊,沒有副翼,
04:26
no other actuators執行器,
no other control控制 surfaces,
73
254720
2535
沒有其他的驅動器和控制面板,
04:29
just a simple簡單 propeller螺旋槳.
74
257279
1281
就只有一個簡單的螺旋槳。
04:31
Even though雖然 it's mechanically機械 simple簡單,
75
259320
2055
即使在結構上非常簡單,
04:33
there's a lot going on
in its little electronic電子 brain
76
261399
2497
它小小的電腦裡卻裝了很多東西,
04:35
to allow允許 it to fly in a stable穩定 fashion時尚
and to move移動 anywhere隨地 it wants in space空間.
77
263920
4216
讓它可以穩定飛行
並移動到任何想去的位置。
04:40
Even so, it doesn't yet然而 have
78
268160
1456
儘管如此,它還沒有
04:41
the sophisticated複雜的 algorithms算法
of the tail-sitter尾保姆,
79
269640
2336
像立式起落機那種複雜的演算法,
04:44
which哪一個 means手段 that in order訂購
to get it to fly,
80
272000
2000
也就是說如果要讓它飛起來,
04:46
I have to throw it just right.
81
274024
1720
我得用很精確的方式把它丟出去。
04:48
And because the probability可能性
of me throwing投擲 it just right is very low,
82
276800
4016
但考量到我成功丟出它的機率非常低,
04:52
given特定 everybody每個人 watching觀看 me,
83
280840
1896
因為這麼有多人在盯著我,
04:54
what we're going to do instead代替
84
282760
1456
所以我打算還是讓你們
看看昨晚錄的影片就好。
04:56
is show顯示 you a video視頻
that we shot射擊 last night.
85
284240
2176
04:58
(Laughter笑聲)
86
286440
1560
(笑聲)
05:10
(Applause掌聲)
87
298320
3320
(掌聲)
05:23
If the monospinnermonospinner
is an exercise行使 in frugality節儉,
88
311080
3736
如果單軸機是一種簡潔的應用,
05:26
this machine here, the omnicopteromn​​icopter,
with its eight propellers螺旋槳,
89
314840
3456
那這台有8個螺旋槳的「全向直升機」
05:30
is an exercise行使 in excess過量.
90
318320
2080
就是一種「超額」的應用。
05:32
What can you do with all this surplus剩餘?
91
320920
2136
這些額外的配備可以做什麼?
05:35
The thing to notice注意
is that it is highly高度 symmetric對稱.
92
323080
2381
值得注意的是,它的結構高度對稱,
05:37
As a result結果, it is ambivalent矛盾
to orientation方向.
93
325920
2856
因此它沒有一定的方向性。
05:40
This gives it an extraordinary非凡 capability能力.
94
328800
2696
這讓它擁有不同凡響的能力,
05:43
It can move移動 anywhere隨地 it wants in space空間
95
331520
2216
可以移動到空間中的任何位置,
05:45
irrespective不管 of where it is facing面對
96
333760
2736
不用考慮它面對哪個方向,
05:48
and even of how it is rotating旋轉.
97
336520
1800
甚至不用管它如何旋轉。
05:51
It has its own擁有 complexities複雜性,
98
339040
1376
它有其複雜性,
05:52
mainly主要 having to do
with the interacting互動 flows流動
99
340440
2656
主要和它的8個螺旋槳
之間的互動有關。
05:55
from its eight propellers螺旋槳.
100
343120
1240
05:56
Some of this can be modeled仿照,
while the rest休息 can be learned學到了 on the fly.
101
344680
3856
這些互動有一部分可透過程式達成,
其他的則可從飛行中自行學習。
06:00
Let's take a look.
102
348560
1200
我們來看看吧。
06:44
(Applause掌聲)
103
392760
3760
(掌聲)
06:52
If flying飛行 machines are going
to enter輸入 part部分 of our daily日常 lives生活,
104
400720
2905
如果飛行機器要成為
我們日常生活的一部份,
它們就得變得非常安全可靠。
06:55
they will need to become成為
extremely非常 safe安全 and reliable可靠.
105
403649
2477
06:58
This machine over here
106
406760
1376
那邊那台機器
07:00
is actually其實 two separate分離
two-propeller雙螺旋槳 flying飛行 machines.
107
408160
3136
實際上由兩個分開的雙軸飛行器構成。
07:03
This one wants to spin clockwise順時針.
108
411320
1736
其中一個試圖順時針旋轉,
07:05
This other one wants
to spin counterclockwise逆時針.
109
413080
2496
另一個則試圖逆時針旋轉。
07:07
When you put them together一起,
110
415600
1336
當你將它們結合,
就會變成一個高效能的四軸飛行器。
07:08
they behave表現 like one
high-performance高性能 quadrocopter四軸飛行器.
111
416960
2600
07:23
If anything goes wrong錯誤, however然而 --
112
431640
1656
然而,如果有東西出錯,
07:25
a motor發動機 fails失敗, a propeller螺旋槳 fails失敗,
electronics電子產品, even a battery電池 pack --
113
433320
4456
像是馬達故障、螺旋槳故障,
電子零件,甚至電池組件故障,
07:29
the machine can still fly,
albeit儘管 in a degraded降級 fashion時尚.
114
437800
3336
它還是可以用效能較低的方式飛行。
07:33
We're going to demonstrate演示 this to you now
by disabling禁用 one of its halves.
115
441160
3520
我們來示範一下
關掉它其中一個飛行器會怎樣。
07:56
(Applause掌聲)
116
464240
3160
(掌聲)
08:03
This last demonstration示範
117
471320
1336
最後要展示的
08:04
is an exploration勘探 of synthetic合成的 swarms成群.
118
472680
2440
是人造螢火蟲群的研究成果。
08:07
The large number of autonomous自主性,
coordinated協調 entities實體
119
475560
2976
為數眾多自動化且互相配合的機群
08:10
offers報價 a new palette調色板
for aesthetic審美 expression表達.
120
478560
2736
為美的展現帶來一種全新型態。
08:13
We've我們已經 taken採取 commercially商業 available可得到
micro quadcopters四軸飛行器,
121
481320
2976
我們利用商品化的微型四軸飛行器,
08:16
each weighing稱重 less
than a slice of bread麵包, by the way,
122
484320
2496
順道一提,每個都比一片麵包還輕,
我們為它們裝上自己的定位科技
08:18
and outfitted裝備 them
with our localization本土化 technology技術
123
486840
2416
08:21
and custom習慣 algorithms算法.
124
489280
1576
和客製化的演算法。
08:22
Because each unit單元
knows知道 where it is in space空間
125
490880
2096
因為每個飛行器都知道自己的位置,
08:25
and is self-controlled自我控制,
126
493000
1376
又都可以自我控制,
08:26
there is really no limit限制 to their number.
127
494400
2200
所以它們的數量完全沒有限制。
08:55
(Applause掌聲)
128
523840
3440
(掌聲)
09:19
(Applause掌聲)
129
547360
4480
(掌聲)
10:18
(Applause掌聲)
130
606040
3640
(掌聲)
10:35
Hopefully希望, these demonstrations示威
will motivate刺激 you to dream夢想 up
131
623960
3096
希望這些展示讓各位能夠想像
10:39
new revolutionary革命的 roles角色
for flying飛行 machines.
132
627080
2400
飛行機器能在未來扮演的革命性角色,
10:42
That ultrasafe超安全 one over there for example
133
630560
2096
例如我們那個超安全的飛行器,
10:44
has aspirations願望 to become成為
a flying飛行 lampshade燈罩 on Broadway百老匯.
134
632680
3016
它想必很渴望成為百老匯的飛行燈罩。
10:47
(Laughter笑聲)
135
635720
2056
(笑聲)
10:49
The reality現實 is that it is
difficult to predict預測
136
637800
2176
事實上,要預測新興科技
帶來的影響是很困難的。
10:52
the impact碰撞 of nascent初期的 technology技術.
137
640000
1640
10:54
And for folks鄉親 like us, the real真實 reward獎勵
is the journey旅程 and the act法案 of creation創建.
138
642120
4856
而對我們這樣的人來說,
創造新事物的旅程和行動,
才是真正的回報。
10:59
It's a continual持續 reminder提醒
139
647000
1416
它不斷提醒我們,
11:00
of how wonderful精彩 and magical神奇
the universe宇宙 we live生活 in is,
140
648440
2920
我們生活的這個宇宙
有多精彩和神奇。
11:03
that it allows允許 creative創作的, clever聰明 creatures生物
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2936
它讓有創造力、聰明的生物
11:06
to sculpt塑造 it in such這樣 spectacular壯觀 ways方法.
142
654800
2520
將其雕塑成如此壯闊的面貌。
11:09
The fact事實 that this technology技術
143
657800
1776
而這個科技
11:11
has such這樣 huge巨大 commercial廣告
and economic經濟 potential潛在
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659600
3416
所擁有的龐大經濟和商業潛力,
11:15
is just icing刨冰 on the cake蛋糕.
145
663040
1416
不過是錦上添花罷了。
11:16
Thank you.
146
664480
1216
謝謝各位。
11:17
(Applause掌聲)
147
665720
3240
(掌聲)
Translated by Allen Kuo
Reviewed by Helen Chang

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ABOUT THE SPEAKER
Raffaello D'Andrea - Autonomous systems pioneer
Raffaello D'Andrea explores the possibilities of autonomous technology by collaborating with artists, engineers and entrepreneurs.

Why you should listen

Raffaello D'Andrea combines academics, business, and the arts to explore the capabilities of autonomous systems. As part of his research as professor of dynamic systems and control at the Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zürich), he and his collaborators enchant viewers with works like the self-destructing, self-assembling Robotic Chair, or the Balancing Cube that can perch itself on its corners.

D’Andrea and his team created the Flying Machine Arena to test the gravity-defying abilities of their athletic flying robots. Building on research in the Flying Machine Arena, ETH Zürich partnered with its spin-off company Verity Studios and with Cirque du Soleil to create “Sparked,” a short film showcasing the unexpected airborne dexterity of quadcopters. D’Andrea is the co-founder of Kiva Systems, a robotics company that develops intelligent automated warehouse systems and that was acquired by Amazon in 2012.

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Raffaello D'Andrea | Speaker | TED.com