Robots that fly ... and cooperate | Vijay Kumar

Vijay Kumar: Roboter die fliegen ... und kooperieren

2,174,801 views ・ 2012-03-01

TED


Bitte doppelklicken Sie auf die englischen Untertitel unten, um das Video abzuspielen.

Übersetzung: Nikolas Engelhard Lektorat: Judith Matz
00:20
Good morning.
0
20566
1159
Guten Morgen.
00:22
I'm here today to talk about autonomous flying beach balls.
1
22853
4153
Ich bin heute hier,
um über autonome, fliegende Strandbälle zu sprechen.
00:27
(Laughter)
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27030
1008
Nein, wendige, fliegende Roboter wie diesen hier.
00:28
No, agile aerial robots like this one.
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28062
2865
00:31
I'd like to tell you a little bit about the challenges in building these,
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31624
3460
Ich würde Ihnen gerne etwas über die Herausforderungen bei ihrem Bau erzählen
und über die großartigen Möglichkeiten
00:35
and some of the terrific opportunities for applying this technology.
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35108
3392
für die Anwendung dieser Technologie.
00:38
So these robots are related to unmanned aerial vehicles.
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38957
4608
Diese Roboter
sind verwandt mit unbemannten Luftfahrzeugen.
Die Fahrzeuge, die Sie hier sehen, sind jedoch sehr groß.
00:44
However, the vehicles you see here are big.
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44199
2651
Sie wiegen tausende von Kilos
00:47
They weigh thousands of pounds, are not by any means agile.
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47318
3269
und sind wirklich nicht wendig.
00:50
They're not even autonomous.
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50611
1625
Sie sind nicht einmal autonom.
00:52
In fact, many of these vehicles are operated by flight crews
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52886
4182
Sie werden vielmehr von einer
ganzen Mannschaft geflogen,
die aus mehreren Piloten,
00:57
that can include multiple pilots,
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57092
2560
00:59
operators of sensors,
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59676
2206
Technikern für die Sensorik
01:01
and mission coordinators.
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61906
1330
und Missionskoordinatoren bestehen kann.
01:03
What we're interested in is developing robots like this --
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2743
Wir interessieren uns für die Entwicklung von Robotern wie diesem –
und hier sind noch zwei Bilder
01:06
and here are two other pictures --
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66689
1690
von Robotern, die man so im Laden kaufen kann.
01:08
of robots that you can buy off the shelf.
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68403
2683
Das sind Helikopter mit vier Rotoren,
01:11
So these are helicopters with four rotors,
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71110
3284
die etwa einen Meter groß sind.
01:14
and they're roughly a meter or so in scale,
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74418
3690
und ein paar Kilos wiegen.
01:18
and weigh several pounds.
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78132
1460
Wir erweitern sie mit ein paar Sensoren und Prozessoren,
01:20
And so we retrofit these with sensors and processors,
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80076
3355
und diese Roboter können drinnen fliegen
01:23
and these robots can fly indoors.
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83455
2206
ohne GPS.
01:25
Without GPS.
22
85685
1319
Der Roboter, den ich hier in meiner Hand halte,
01:27
The robot I'm holding in my hand
23
87457
1888
ist der hier,
01:29
is this one,
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89369
1650
und er wurde von zwei Studenten gebaut,
01:31
and it's been created by two students,
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91043
3143
Alex und Daniel.
01:34
Alex and Daniel.
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94210
1648
Er wiegt nur etwas mehr
01:36
So this weighs a little more than a tenth of a pound.
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96493
3115
als 50 Gramm.
01:39
It consumes about 15 watts of power.
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99632
2579
Und hat einen Energieverbrauch von 15 Watt.
Wie Sie sehen können,
01:42
And as you can see, it's about eight inches in diameter.
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102235
2833
hat er einen Durchmesser von etwa 20 cm.
Lassen Sie mich Ihnen wirklich nur kurz erklären,
01:46
So let me give you just a very quick tutorial
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106330
2595
01:48
on how these robots work.
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108949
1666
wie diese Roboter funktionieren.
Er hat vier Rotoren.
01:51
So it has four rotors.
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111043
1193
01:52
If you spin these rotors at the same speed,
33
112260
2048
Wenn sich die Rotoren mit der gleichen Geschwindigkeit drehen,
01:54
the robot hovers.
34
114332
1199
schwebt der Roboter.
01:56
If you increase the speed of each of these rotors,
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116420
3636
Wenn Sie die Geschwindigkeit jedes Rotors erhöhen,
steigt der Roboter auf und beschleunigt.
02:00
then the robot flies up, it accelerates up.
36
120080
2539
02:02
Of course, if the robot were tilted,
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122643
2432
Natürlich, wenn der Roboter gekippt wäre,
also wenn er nicht ganz horizontal wäre,
02:05
inclined to the horizontal,
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125099
1310
02:06
then it would accelerate in this direction.
39
126433
2803
würde er in diese Richtung beschleunigen.
02:09
So to get it to tilt,
40
129686
1413
Um ihn zu kippen, gibt es zwei Möglichkeiten.
02:11
there's one of two ways of doing it.
41
131123
2093
In diesem Bild hier
02:13
So in this picture, you see that rotor four is spinning faster
42
133240
3636
sehen Sie, dass sich Robot vier schneller dreht.
02:16
and rotor two is spinning slower.
43
136900
1968
und Rotor zwei langsamer.
02:18
And when that happens,
44
138892
1560
Und sobald das passiert,
02:20
there's a moment that causes this robot to roll.
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140476
3051
entsteht ein Moment, das den Roboter kippt.
Und andersrum,
02:24
And the other way around,
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144495
1255
02:25
if you increase the speed of rotor three and decrease the speed of rotor one,
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145774
5579
wenn Sie die Geschwindigkeit von Rotor drei erhöhen
und die von Rotor eins absenken
kippt der Roboter nach vorne.
02:31
then the robot pitches forward.
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151377
1859
02:33
And then finally,
49
153820
1168
Und schließlich,
02:35
if you spin opposite pairs of rotors
50
155012
2894
wenn Sie zwei gegenüberliegende Rotoren
02:37
faster than the other pair,
51
157930
1692
schneller als das andere Paar drehen,
02:39
then the robot yaws about the vertical axis.
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159646
2721
dreht sich der Roboter um die senkrechte Achse.
Der eingebaute Prozessor
02:42
So an on-board processor
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162391
1460
02:43
essentially looks at what motions need to be executed
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163875
3307
betrachtet im Wesentlichen, welche Bewegungen ausgeführt werden müssen,
er kombiniert diese Bewegungen
02:47
and combines these motions,
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167206
1970
und rechnet aus, welche Befehle zu den Motoren geschickt werden müssen
02:49
and figures out what commands to send to the motors --
56
169200
3110
und das 600 Mal pro Sekunde.
02:52
600 times a second.
57
172334
1412
02:53
That's basically how this thing operates.
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173770
1969
Und so funktionieren diese Dinger grundsätzlich.
Einer der Vorteile dieses Designs ist,
02:56
So one of the advantages of this design
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176247
2142
dass wenn Sie alles verkleinern,
02:58
is when you scale things down,
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178413
1899
die Roboter viel wendiger werden.
03:00
the robot naturally becomes agile.
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180336
2318
R ist hier
03:03
So here, R is the characteristic length of the robot.
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183194
4063
die charakteristische Länge des Roboters
es ist eigentlich der halbe Durchmesser.
03:07
It's actually half the diameter.
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187281
1674
03:09
And there are lots of physical parameters that change as you reduce R.
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189595
4641
Und es gibt viele physikalische Parameter, die sich ändern,
sobald man R verringert.
03:14
The one that's most important is the inertia,
65
194968
2631
Der wichtigste ist die Trägheit
oder der Bewegungswiderstand.
03:17
or the resistance to motion.
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197623
1921
Es ist so,
03:19
So it turns out the inertia, which governs angular motion,
67
199568
4476
dass die Trägheit, die die Rotationsbewegung beeinflusst,
mit der fünften Potenz von R skaliert.
03:24
scales as a fifth power of R.
68
204068
2600
Wenn Sie nun R verkleinern,
03:27
So the smaller you make R,
69
207046
1696
03:28
the more dramatically the inertia reduces.
70
208766
2317
nimmt die Trägheit drastisch ab.
03:31
So as a result, the angular acceleration,
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211956
2935
Ein Ergebnis davon ist, dass die Rotationsbeschleunigung,
03:34
denoted by the Greek letter alpha here,
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214915
2039
hier mit dem griechischen Buchstaben Alpha bezeichnet,
03:36
goes as 1 over R.
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216978
1619
mit 1 über R verläuft.
03:38
It's inversely proportional to R.
74
218621
1729
Sie ist umgekehrt proportional zu R.
03:40
The smaller you make it, the more quickly you can turn.
75
220374
2770
Je kleiner Sie sie machen, desto schneller können Sie drehen.
Das sollte bei diesen Videos klar werden.
03:44
So this should be clear in these videos.
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224219
1961
Unten rechts sehen Sie einen Roboter,
03:46
On the bottom right, you see a robot performing a 360-degree flip
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226204
4459
der einen 360°-Salto
03:50
in less than half a second.
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230687
1548
in weniger als einer halben Sekunde vollführt.
03:52
Multiple flips, a little more time.
79
232656
2580
Mehrere Saltos, ein bisschen mehr Zeit.
Die Prozessoren
03:56
So here the processes on board
80
236259
1881
bekommen Rückmeldungen von den Beschleunigungsmessern
03:58
are getting feedback from accelerometers and gyros on board,
81
238164
3184
und Gyroskopen an Bord
04:01
and calculating, like I said before,
82
241372
2118
und berechnen, wie ich vorhin schon gesagt habe,
04:03
commands at 600 times a second,
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243514
1809
600 Mal pro Sekunde Befehle,
04:05
to stabilize this robot.
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245347
1889
um den Roboter zu stabilisieren.
04:07
So on the left, you see Daniel throwing this robot up into the air,
85
247607
3350
Links sehen Sie, wie Daniel den Roboter in die Luft wirft.
04:10
and it shows you how robust the control is.
86
250981
2027
Und man sieht, wie robust die Kontrolle ist.
Egal wie Sie ihn werfen,
04:13
No matter how you throw it,
87
253032
1310
04:14
the robot recovers and comes back to him.
88
254366
2912
der Roboter fängt sich und kommt wieder zu ihm zurück.
04:18
So why build robots like this?
89
258881
1777
Warum baut man solche Roboter?
Nun, Roboter wie diese haben viele Anwendungen.
04:21
Well, robots like this have many applications.
90
261079
2571
Man kann sie in Gebäude wie dieses schicken
04:24
You can send them inside buildings like this,
91
264198
2471
04:26
as first responders to look for intruders,
92
266693
3587
um als erste nach Eindringlingen zu suchen,
vielleicht nach biochemischen Lecks zu suchen,
04:30
maybe look for biochemical leaks,
93
270304
3301
oder Gaslecks.
04:33
gaseous leaks.
94
273629
1151
Man kann sie aber auch
04:35
You can also use them for applications like construction.
95
275102
3714
zum Bauen einsetzen.
04:38
So here are robots carrying beams, columns
96
278840
4524
Hier sehen Sie Roboter, die Träger und Säulen tragen
und würfelförmige Strukturen zusammenbauen.
04:43
and assembling cube-like structures.
97
283388
1848
04:45
I'll tell you a little bit more about this.
98
285260
2056
Ich werde Ihnen noch etwas mehr darüber erzählen.
04:48
The robots can be used for transporting cargo.
99
288695
2541
Diese Roboter können im Frachttransport eingesetzt werden.
04:51
So one of the problems with these small robots
100
291583
3113
Eines der Probleme dieser kleinen Roboter
04:54
is their payload-carrying capacity.
101
294720
2001
ist ihre geringe Zuladung.
04:56
So you might want to have multiple robots carry payloads.
102
296745
3017
Daher wollen Sie vielleicht mehrere Roboter einsetzen,
um die Ladung zu tragen.
05:00
This is a picture of a recent experiment we did --
103
300746
2355
Das ist ein Bild von einem unserer letzten Experimente –
wobei das doch schon eine Weile her ist –
05:03
actually not so recent anymore --
104
303125
1595
05:04
in Sendai, shortly after the earthquake.
105
304744
2492
in Sendai, kurz nach dem Erdbeben.
05:07
So robots like this could be sent into collapsed buildings,
106
307938
3191
Roboter wie dieser konnten in eingestürzte Gebäude geschickt werden,
um den Schaden nach Naturkatastrophen zu beurteilen,
05:11
to assess the damage after natural disasters,
107
311153
2891
oder in Reaktorgebäude,
05:14
or sent into reactor buildings,
108
314068
1582
05:15
to map radiation levels.
109
315674
1619
um eine Strahlungskarte aufzubauen.
05:19
So one fundamental problem that the robots have to solve
110
319583
3521
Ein grundlegendes Problem
das die Roboter lösen müssen, wenn sie autonom sein sollen,
05:23
if they are to be autonomous,
111
323128
1579
05:24
is essentially figuring out how to get from point A to point B.
112
324731
3505
ist im Grunde genommen,
wie sie von Punkt A zu Punkt B kommen.
05:28
So this gets a little challenging,
113
328937
1667
Das ist eine ziemliche Herausforderung
05:30
because the dynamics of this robot are quite complicated.
114
330628
3007
da die Dynamik so eines Roboters recht kompliziert ist.
05:33
In fact, they live in a 12-dimensional space.
115
333659
2492
Tatsächlich leben sie in einem 12-dimensionalen Raum.
Also benutzen wir einen kleinen Trick.
05:36
So we use a little trick.
116
336524
1444
05:37
We take this curved 12-dimensional space,
117
337992
3413
Wir nehmen diesen gekrümmten 12-dimensionalen Raum
und wandeln ihn
05:41
and transform it into a flat, four-dimensional space.
118
341429
3894
in einen flachen vier-dimensionalen Raum um.
Und dieser vier-dimensionale Raum
05:45
And that four-dimensional space consists of X, Y, Z,
119
345347
3071
besteht aus X, Y, Z und dem Gierwinkel.
05:48
and then the yaw angle.
120
348442
1412
05:49
And so what the robot does,
121
349878
1358
Der Roboter also
05:51
is it plans what we call a minimum-snap trajectory.
122
351260
3976
plant etwas, das wir eine Bahnkurve mit minimalem Snap nennen.
Eine kurze Auffrischung Ihrer Physikkenntnisse:
05:56
So to remind you of physics:
123
356209
1397
05:57
You have position, derivative, velocity;
124
357630
2054
Es gibt den Ort, die Geschwindigkeit als Ableitung,
05:59
then acceleration;
125
359708
1856
dann Beschleunigung,
06:01
and then comes jerk,
126
361588
2101
und dann kommt Ruck,
06:03
and then comes snap.
127
363713
1420
und dann kommt "Snap".
06:05
So this robot minimizes snap.
128
365578
2452
Und dieser Roboter minimiert Snap.
06:08
So what that effectively does,
129
368800
1436
Und was das im Endeffekt ergibt,
06:10
is produce a smooth and graceful motion.
130
370260
2624
ist eine glatte und anmutige Bewegung.
06:12
And it does that avoiding obstacles.
131
372908
2842
Und er macht das, während er Hindernissen ausweicht.
Diese Trajektorien mit minimalem Snap in diesem flachen Raum
06:16
So these minimum-snap trajectories in this flat space are then transformed
132
376313
3563
werden dann zurücktransformiert
06:19
back into this complicated 12-dimensional space,
133
379900
3325
in diesen komplizierten 12-dimensionalen Raum,
und das muss der Roboter für die Kontrolle
06:23
which the robot must do for control and then execution.
134
383249
2986
und die spätere Ausführung tun.
06:26
So let me show you some examples
135
386749
1540
Lassen Sie mich ein paar Beispiele zeigen,
06:28
of what these minimum-snap trajectories look like.
136
388313
2777
wie diese Flugbahnen mit minimalem Snap aussehen.
In dem ersten Video
06:31
And in the first video,
137
391114
1151
06:32
you'll see the robot going from point A to point B,
138
392289
2729
werden Sie sehen, wie der Roboter von A nach B fliegt
durch einen Zwischenpunkt.
06:35
through an intermediate point.
139
395042
1623
06:36
(Whirring noise)
140
396990
2730
Der Roboter ist offensichtlich in der Lage,
06:43
So the robot is obviously capable of executing any curve trajectory.
141
403377
3621
jede Bahnkurve auszuführen.
Das hier sind kreisförmige Bahnkurven,
06:47
So these are circular trajectories,
142
407022
1714
06:48
where the robot pulls about two G's.
143
408760
2500
bei denen auf den Roboter 2 G wirken.
06:52
Here you have overhead motion capture cameras on the top
144
412844
3702
Oben befinden sich Motion-Capture-Kameras,
06:56
that tell the robot where it is 100 times a second.
145
416570
3206
die dem Roboter 100 Mal pro Sekunde sagen, wo er ist.
06:59
It also tells the robot where these obstacles are.
146
419800
2436
Sie sagen dem Roboter auch, wo diese Hindernisse sind.
Und diese Hindernisse können sich auch bewegen.
07:03
And the obstacles can be moving.
147
423140
1556
07:04
And here, you'll see Daniel throw this hoop into the air,
148
424720
3127
Und hier sehen Sie, wie Daniel diesen Reifen in die Luft wirft,
07:07
while the robot is calculating the position of the hoop,
149
427871
2659
während der Roboter die Position vom Reifen berechnet
und versucht auszurechnen, wie er am Besten durch den Reifen kommt.
07:10
and trying to figure out how to best go through the hoop.
150
430554
2880
Als Akademiker
07:14
So as an academic,
151
434002
1234
07:15
we're always trained to be able to jump through hoops
152
435260
2528
müssen wir ständig durch Reifen springen, um Sponsoren aufzutreiben,
07:17
to raise funding for our labs,
153
437812
1485
und wir lassen unsere Roboter das machen.
07:19
and we get our robots to do that.
154
439321
1915
07:21
(Applause)
155
441260
6365
(Applaus)
Außerdem kann der Roboter sich
07:28
So another thing the robot can do
156
448524
1611
Abschnitte der Flugbahnen merken,
07:30
is it remembers pieces of trajectory
157
450159
2077
07:32
that it learns or is pre-programmed.
158
452260
2904
die er lernt, oder die vorher einprogrammiert wurden.
Hier sehen Sie, wie der Roboter
07:35
So here, you see the robot combining a motion that builds up momentum,
159
455466
4770
eine Bewegung kombiniert,
um Schwung zu holen
07:40
and then changes its orientation and then recovers.
160
460260
2976
und dann seine Ausrichtung ändert und sich wieder fängt.
Er muss das machen, da dieses Loch im Fenster
07:44
So it has to do this because this gap in the window
161
464004
2960
07:46
is only slightly larger than the width of the robot.
162
466988
3458
nur etwas größer als die Breite des Roboters ist.
Also genau wie ein Turmspringer auf dem Sprungbrett,
07:51
So just like a diver stands on a springboard
163
471050
2753
07:53
and then jumps off it to gain momentum,
164
473827
2453
der hinabspringt um Schwung zu holen
und dann diese Pirouette vollführt, diesen zweieinhalbfachen Salto
07:56
and then does this pirouette, this two and a half somersault through
165
476304
3229
und sich dann elegant wieder fängt,
07:59
and then gracefully recovers,
166
479557
1402
08:00
this robot is basically doing that.
167
480983
1698
dieser Roboter macht im Wesentlichen das Gleiche.
08:02
So it knows how to combine little bits and pieces of trajectories
168
482705
3080
Er weiß also wie man diese Teile der Bahnkurven kombiniert,
08:05
to do these fairly difficult tasks.
169
485809
2999
um diese ziemlich schwierigen Aufgaben zu lösen.
Kurzer Themenwechsel.
08:10
So I want change gears.
170
490018
1218
08:11
So one of the disadvantages of these small robots is its size.
171
491260
3839
Einer der Nachteile dieser kleinen Roboter ist ihre Größe.
Und ich habe Ihnen schon vorhin gesagt,
08:15
And I told you earlier
172
495654
1152
08:16
that we may want to employ lots and lots of robots
173
496830
2349
dass wir vielleicht sehr viele Roboter einsetzen wollen,
um die Beschränkungen durch die Größe zu umgehen.
08:19
to overcome the limitations of size.
174
499203
2033
Eine Schwierigkeit
08:22
So one difficulty is:
175
502010
1574
08:23
How do you coordinate lots of these robots?
176
503608
2793
ist, wie kann man viele Roboter koordinieren?
08:26
And so here, we looked to nature.
177
506425
1811
Daher haben wir uns die Natur angeschaut.
08:28
So I want to show you a clip of Aphaenogaster desert ants,
178
508544
4608
Ich möchte Ihnen einen kurzen Film zeigen,
von Aphaenogaster Wüstenameisen,
wie sie in Professor Stephen Pratts Labor einen Gegenstand tragen.
08:33
in Professor Stephen Pratt's lab, carrying an object.
179
513176
3388
Das ist ein Stück einer Feige.
08:36
So this is actually a piece of fig.
180
516588
1715
Sie können irgendein mit Feigensaft getränktes Objekt hinlegen
08:38
Actually you take any object coated with fig juice,
181
518327
2400
und die Ameisen werden es zurück zum Nest tragen.
08:40
and the ants will carry it back to the nest.
182
520751
2091
08:42
So these ants don't have any central coordinator.
183
522866
3169
Diese Ameisen haben keinen zentralen Koordinator.
Sie nehmen ihre Nachbarn wahr.
08:46
They sense their neighbors.
184
526487
1547
Es gibt keine explizite Kommunikation.
08:48
There's no explicit communication.
185
528058
2285
Aber weil sie ihre Nachbarn spüren
08:50
But because they sense the neighbors
186
530367
1739
und weil sie das Objekt spüren,
08:52
and because they sense the object,
187
532130
1776
08:53
they have implicit coordination across the group.
188
533930
2830
haben sie eine implizite Koordination innerhalb der Gruppe.
Und diese Art der Koordination
08:57
So this is the kind of coordination we want our robots to have.
189
537474
3420
sollen auch unsere Roboter haben.
09:01
So when we have a robot which is surrounded by neighbors --
190
541569
4778
Wenn wir also einen Roboter haben,
der von seinen Nachbarn umgeben ist –
schauen wir uns Roboter I und J an –
09:06
and let's look at robot I and robot J --
191
546371
2229
was wir von den Robotern wollen,
09:08
what we want the robots to do,
192
548624
1548
ist, dass sie den Abstand zwischen sich überwachen,
09:10
is to monitor the separation between them,
193
550196
2111
09:12
as they fly in formation.
194
552331
1905
während sie in der Formation fliegen.
09:14
And then you want to make sure
195
554537
1481
Und dann muss man sicherstellen,
09:16
that this separation is within acceptable levels.
196
556042
2904
dass dieser Abstand innerhalb akzeptabler Schranken ist.
Die Roboter überwachen also diesen Fehler
09:19
So again, the robots monitor this error
197
559303
2468
09:21
and calculate the control commands 100 times a second,
198
561795
4149
und berechnen die Kontrollbefehle
100 Mal pro Sekunde,
09:25
which then translates into motor commands,
199
565968
2023
die dann in Motorbefehle 600 Mal pro Sekunde übersetzt werden.
09:28
600 times a second.
200
568015
1215
Das muss auch auf eine
09:29
So this also has to be done in a decentralized way.
201
569254
3222
dezentrale Art geschehen.
09:32
Again, if you have lots and lots of robots,
202
572785
2334
Nochmal, wenn Sie sehr viele dieser Roboter haben,
ist es unmöglich, all diese Informationen zentral zu koordinieren,
09:35
it's impossible to coordinate all this information centrally
203
575143
3277
09:38
fast enough in order for the robots to accomplish the task.
204
578444
3177
schnell genug, damit die Roboter die Aufgabe lösen können.
09:41
Plus, the robots have to base their actions only on local information --
205
581645
4348
Zusätzlich müssen die Roboter ihre Entscheidungen
nur aufgrund der lokalen Informationen fällen,
nämlich, was sie von ihren Nachbarn wahrnehmen.
09:46
what they sense from their neighbors.
206
586017
2119
Und schließlich
09:48
And then finally,
207
588160
1386
09:49
we insist that the robots be agnostic to who their neighbors are.
208
589570
4100
bestehen wir darauf, dass die Roboter nicht wissen,
wer ihre Nachbarn sind.
09:53
So this is what we call anonymity.
209
593694
2117
Das ist etwas, das wir Anonymität nennen.
Was ich Ihnen als nächstes zeigen will,
09:57
So what I want to show you next is a video of 20 of these little robots,
210
597258
6417
ist ein Video
von 20 dieser kleinen Roboter,
10:03
flying in formation.
211
603699
1537
wie sie in einer Formation fliegen.
Sie überwachen die Position ihrer Nachbarn.
10:06
They're monitoring their neighbors' positions.
212
606144
2896
Und erhalten die Formation.
10:09
They're maintaining formation.
213
609064
1902
10:10
The formations can change.
214
610990
1780
Die Formationen können sich ändern.
10:12
They can be planar formations,
215
612794
1679
Sie können flache Formationen sein,
10:14
they can be three-dimensional formations.
216
614497
2103
sie können drei-dimensionale Formationen sein.
Wie Sie hier sehen können,
10:17
As you can see here,
217
617331
1341
10:18
they collapse from a three-dimensional formation into planar formation.
218
618696
3687
kollabieren sie von einer 3D-Formation in eine ebene Formation.
Und um durch Hindernisse zu fliegen,
10:22
And to fly through obstacles,
219
622407
1531
10:23
they can adapt the formations on the fly.
220
623962
2952
können sie ihre Formation im Flug anpassen.
Und Sie sehen, diese Roboter kommen sich wirklich nah.
10:28
So again, these robots come really close together.
221
628026
2463
10:30
As you can see in this figure-eight flight,
222
630513
2388
Wie Sie hier bei dem Flug in Form einer Acht sehen,
10:32
they come within inches of each other.
223
632925
1984
nähern sie sich bis auf wenige Zentimeter.
Und trotz der aerodynamischen Wechselwirkungen
10:35
And despite the aerodynamic interactions with these propeller blades,
224
635377
4317
von diesen Propellerflügeln,
10:39
they're able to maintain stable flight.
225
639718
2148
sind sie in der Lage stabil zu fliegen.
10:41
(Applause)
226
641890
6896
(Applaus)
Sobald man weiß, wie man in einer Formation fliegt,
10:49
So once you know how to fly in formation,
227
649246
1999
kann man auch gemeinsam Objekte anheben.
10:51
you can actually pick up objects cooperatively.
228
651269
2216
Das hier zeigt,
10:53
So this just shows that we can double, triple, quadruple
229
653509
4577
dass wir die Roboterkraft verdoppeln,
verdreifachen, vervierfachen können,
10:58
the robots' strength,
230
658110
1158
10:59
by just getting them to team with neighbors, as you can see here.
231
659292
3077
in dem wir sie dazu bringen, Teams zu bilden, wie Sie hier sehen können.
Einer der Nachteile davon ist,
11:02
One of the disadvantages of doing that is, as you scale things up --
232
662393
4142
sobald Sie alles vergrößern –
11:06
so if you have lots of robots carrying the same thing,
233
666559
2564
also wenn Sie viele Roboter haben, die das gleiche Objekt tragen,
vergrößern Sie damit die Trägheit,
11:09
you're essentially increasing the inertia,
234
669147
2720
11:11
and therefore you pay a price; they're not as agile.
235
671891
2619
und damit zahlen Sie einen Preis; sie sind nicht mehr so wendig.
11:14
But you do gain in terms of payload-carrying capacity.
236
674978
3096
Aber Sie gewinnen einen Zuwachs an Traglast.
Eine andere Anwendug, die ich Ihnen zeigen will –
11:18
Another application I want to show you -- again, this is in our lab.
237
678098
3215
das ist wieder in unserem Labor.
11:21
This is work done by Quentin Lindsey, who's a graduate student.
238
681337
3165
Das ist die Arbeit von Quentin Lindsey, der ein Doktorand ist.
Sein Algorithmus sagt diesen Robotern,
11:24
So his algorithm essentially tells these robots
239
684526
2620
wie sie autonom
11:27
how to autonomously build cubic structures
240
687170
4072
würfelförmige Stukturen
aus diesen Streben bauen können.
11:31
from truss-like elements.
241
691266
1970
Sein Algorithmus sagt dem Roboter,
11:34
So his algorithm tells the robot what part to pick up,
242
694441
3760
welches Stück er anheben soll,
und wann und wo er es platzieren soll.
11:38
when, and where to place it.
243
698225
1825
Und in diesem Video sehen Sie –
11:40
So in this video you see --
244
700471
1483
11:41
and it's sped up 10, 14 times --
245
701978
2024
und es ist 10- oder 14-fach beschleunigt –
Sie sehen, wie diese Roboter drei verschiedene Strukturen bauen.
11:44
you see three different structures being built by these robots.
246
704026
3089
Und wieder, alles ist autonom,
11:47
And again, everything is autonomous,
247
707139
2026
und alles, was Quentin machen muss,
11:49
and all Quentin has to do
248
709189
1283
11:50
is to give them a blueprint of the design that he wants to build.
249
710496
3935
ist ihnen eine Blaupause zu besorgen
von dem Design, das er bauen will.
11:56
So all these experiments you've seen thus far,
250
716925
2811
All die Experimente, die Sie bisher gesehen haben,
11:59
all these demonstrations,
251
719760
1350
all diese Demonstrationen,
12:01
have been done with the help of motion-capture systems.
252
721134
3102
wurden mit Hilfe eines Motion-Capture-Systems durchgeführt.
Was passiert also, wenn man das Labor verlässt,
12:05
So what happens when you leave your lab,
253
725029
2507
und nach draußen in die wirkliche Welt geht?
12:07
and you go outside into the real world?
254
727560
2037
12:09
And what if there's no GPS?
255
729922
1706
Und was, wenn es dort kein GPS gibt?
12:12
So this robot is actually equipped with a camera,
256
732755
4337
Dieser Roboter
wurde mit einer Kamera ausgestattet,
und einem Laser-Entfernungsmesser, einem Laser-Scanner.
12:17
and a laser rangefinder, laser scanner.
257
737116
2373
Und er benutzt diese Sensoren,
12:20
And it uses these sensors to build a map of the environment.
258
740140
3920
um eine Karte der Umgebung aufzubauen.
Diese Karte besteht aus besonderen Merkmalen
12:24
What that map consists of are features --
259
744084
3286
wie Türen, Fenster
12:27
like doorways, windows, people, furniture --
260
747394
3871
Personen, Möbelstücke –
und bestimmt dann seine Position
12:31
and it then figures out where its position is,
261
751289
2143
relativ zu diesen Merkmalen.
12:33
with respect to the features.
262
753456
1401
12:34
So there is no global coordinate system.
263
754881
2210
Es gibt also kein globales Koordinatensystem.
Das Koordinatensystem basiert auf dem Roboter,
12:37
The coordinate system is defined based on the robot,
264
757115
2506
12:39
where it is and what it's looking at.
265
759645
2057
wo er ist und was er anschaut.
12:42
And it navigates with respect to those features.
266
762575
2755
Und er navigiert relativ zu diesen Merkmalen.
Ich möchte in einem kurzen Film
12:46
So I want to show you a clip
267
766316
1420
12:47
of algorithms developed by Frank Shen and Professor Nathan Michael,
268
767760
3952
Algorithmen zeigen, die von Frank Shen
und Professor Nathan Michael entwickelt werden.
12:51
that shows this robot entering a building for the very first time,
269
771736
3769
Er zeigt, wie ein Roboter ein Haus zum ersten Mal betritt
12:55
and creating this map on the fly.
270
775529
2422
und im Flug diese Karte erstellt.
12:58
So the robot then figures out what the features are,
271
778642
3158
Dieser Roboter findet heraus, was diese Merkmale sind.
13:01
it builds the map,
272
781824
1151
Und erstellt die Karte.
13:02
it figures out where it is with respect to the features,
273
782999
2967
Er berechnet, wo er sich relativ zu den Merkmalen befindet,
13:05
and then estimates its position 100 times a second,
274
785990
3948
und schätzt dann seine Position
100 Mal pro Sekunde,
13:09
allowing us to use the control algorithms that I described to you earlier.
275
789962
3818
was uns erlaubt, die Kontrollalgorithmen zu benutzen,
die ich vorher beschrieben habe.
13:13
So this robot is actually being commanded remotely by Frank,
276
793804
4433
Dieser Roboter hier wird tatsächlich
von Frank ferngesteuert.
Aber der Roboter kann auch alleine
13:18
but the robot can also figure out where to go on its own.
277
798261
3539
herausfinden, wo er hin will.
Angenommen, ich müsste ihn in ein Gebäude schicken
13:22
So suppose I were to send this into a building,
278
802125
2207
und ich wüsste überhaupt nicht, wie es aussieht,
13:24
and I had no idea what this building looked like.
279
804356
2302
Ich kann den Roboter bitten, hinein zu gehen,
13:26
I can ask this robot to go in,
280
806682
1444
eine Karte zu erstellen
13:28
create a map,
281
808150
1904
wiederzukommen und mir zu sagen, wie das Gebäude aussieht.
13:30
and then come back and tell me what the building looks like.
282
810078
2865
13:32
So here, the robot is not only solving the problem
283
812967
3168
In diesem Fall löst der Roboter nicht nur das Problem
wie er von Punkt A zu Punkt B in dieser Karte kommt,
13:36
of how to go from point A to point B in this map,
284
816159
2634
13:38
but it's figuring out what the best point B is at every time.
285
818817
4399
sonder er findet auch heraus,
was der beste Punkt B zu jedem Zeitpunkt ist.
Im Wesentlichen weiß er, wohin er gehen muss,
13:43
So essentially it knows where to go
286
823240
2054
13:45
to look for places that have the least information,
287
825318
2785
um nach Orten zu suchen, über die er am wenigsten weiß.
Und auf diese Weise erstellt er die Karte.
13:48
and that's how it populates this map.
288
828127
1968
13:50
So I want to leave you with one last application.
289
830944
2998
Ich würde Ihnen gern
noch eine letzte Anwendung zeigen.
13:54
And there are many applications of this technology.
290
834982
2524
Und es gibt viele Anwendungen für diese Technologie.
13:57
I'm a professor, and we're passionate about education.
291
837823
2548
Ich bin ein Professor und wir haben eine Leidenschaft für die Ausbildung.
Roboter wie dieser können wirklich den Unterricht
14:00
Robots like this can really change the way we do K-12 education.
292
840395
3936
vom Kindergarten bis zum Schulabschluss veränden.
Aber wir sind hier in Südkalifornien,
14:04
But we're in Southern California,
293
844355
1825
in der Nähe von Los Angeles,
14:06
close to Los Angeles,
294
846204
1833
daher muss ich am Ende
14:08
so I have to conclude with something focused on entertainment.
295
848061
3250
den Fokus auf die Unterhaltung richten.
Ich würde gerne mit einem Musikvideo schließen.
14:12
I want to conclude with a music video.
296
852407
1834
Ich würde gerne die Urheber vorstellen, Alex und Daniel,
14:14
I want to introduce the creators, Alex and Daniel, who created this video.
297
854265
4714
die dieses Video gedreht haben.
(Applaus)
14:19
(Applause)
298
859003
6878
14:25
So before I play this video,
299
865905
1434
Aber bevor ich das Video abspiele,
14:27
I want to tell you that they created it in the last three days,
300
867363
3197
möche ich Ihnen sagen, dass sie es in den letzten drei Tagen gedreht haben,
14:30
after getting a call from Chris.
301
870584
1652
nachdem Chris sie angerufen hatte.
14:32
And the robots that play in the video are completely autonomous.
302
872743
3817
Und die Roboter, die im Video spielen,
sind völlig autonom.
14:36
You will see nine robots play six different instruments.
303
876584
3502
Sie werden neun Roboter sehen, die sechs verschiedene Instrumente spielen.
Und natürlich wurde es exklusiv für TED 2012 gemacht.
14:40
And of course, it's made exclusively for TED 2012.
304
880697
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Schauen wir es uns an.
14:44
Let's watch.
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14:46
(Sound of air escaping from valve)
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(Music)
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(Whirring sound)
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(Music)
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(Musik)
(Applaus)
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(Applause) (Cheers)
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