The Future of Flying Robots | Vijay Kumar | TED Talks

Traductor: Ciro Gomez Revisor: Lidia Cámara de la Fuente

In my lab, we build autonomous aerial robots

En mi laboratorio, construimos robots aéreos autónomos

like the one you see flying here.

como el que ven volar aquí.

Unlike the commercially available drones that you can buy today,

A diferencia de los drones que se pueden comprar hoy en el mercado,

this robot doesn't have any GPS on board.

este robot no tiene ningún GPS a bordo.

So without GPS,

Así que sin GPS,

it's hard for robots like this to determine their position.

es difícil para los robots como este determinar su posición.

This robot uses onboard sensors, cameras and laser scanners,

Este robot utiliza sensores a bordo, cámaras y escáneres láser,

to scan the environment.

para escanear el medio ambiente.

It detects features from the environment,

Detecta las características del entorno,

and it determines where it is relative to those features,

y determina dónde está en relación con esas características,

using a method of triangulation.

utilizando un método de triangulación.

And then it can assemble all these features into a map,

Entonces puede reunir todas estas características en un mapa,

like you see behind me.

como se ve detrás de mí.

And this map then allows the robot to understand where the obstacles are

Este mapa permite que el robot comprenda dónde están los obstáculos

and navigate in a collision-free manner.

y navegar libre de colisiones.

What I want to show you next

Lo que quiero mostrarles a continuación

is a set of experiments we did inside our laboratory,

es un conjunto de experimentos que hicimos en nuestro laboratorio,

where this robot was able to go for longer distances.

en los que este robot fue capaz de ir a distancias más largas.

So here you'll see, on the top right, what the robot sees with the camera.

Verán, en la parte superior derecha, lo que el robot ve con la cámara.

And on the main screen --

En la pantalla principal

and of course this is sped up by a factor of four --

--por supuesto acelerado por un factor de cuatro--

on the main screen you'll see the map that it's building.

verán el mapa que está construyendo.

So this is a high-resolution map of the corridor around our laboratory.

Este es un mapa de alta resolución del corredor de nuestro laboratorio.

And in a minute you'll see it enter our lab,

En un minuto verán que entra en nuestro laboratorio,

which is recognizable by the clutter that you see.

que es reconocible por el desorden que se ve.

(Laughter)

(Risas)

But the main point I want to convey to you

Pero el punto que quiero transmitirles

is that these robots are capable of building high-resolution maps

es que estos robots son capaces de construir mapas de alta resolución

at five centimeters resolution,

a resoluciones de 5 cm,

allowing somebody who is outside the lab, or outside the building

permitiendo a alguien que esté fuera del laboratorio, o fuera del edificio

to deploy these without actually going inside,

realizarlos sin tener que entrar,

and trying to infer what happens inside the building.

y tratar de inferir lo que sucede en el interior del edificio.

Now there's one problem with robots like this.

Hay un problema con los robots como éste.

The first problem is it's pretty big.

El primer problema es que es bastante grande.

Because it's big, it's heavy.

Como es grande, es pesado.

And these robots consume about 100 watts per pound.

Y estos robots consumen alrededor de 220 vatios por kilo,

And this makes for a very short mission life.

que hace su tiempo de misión muy corto.

The second problem

El segundo problema

is that these robots have onboard sensors that end up being very expensive --

es que estos robots tienen sensores a bordo que terminan siendo muy caros:

a laser scanner, a camera and the processors.

un escáner láser, una cámara y los procesadores.

That drives up the cost of this robot.

Eso aumenta el costo de este robot.

So we asked ourselves a question:

Así que nos hicimos una pregunta:

what consumer product can you buy in an electronics store

¿qué productos de consumo se pueden comprar en una tienda de electrónica

that is inexpensive, that's lightweight, that has sensing onboard and computation?

que sean de bajo costo, ligeros, que hagan detección a bordo y computación?

And we invented the flying phone.

E inventamos el teléfono volador.

(Laughter)

(Risas)

So this robot uses a Samsung Galaxy smartphone that you can buy off the shelf,

Este robot utiliza un Samsung Galaxy que se puede comprar comercialmente,

and all you need is an app that you can download from our app store.

y todo lo que se necesita es una aplicación descargable en nuestra tienda.

And you can see this robot reading the letters, "TED" in this case,

Se puede ver a este robot leyendo las letras, "TED" en este caso,

looking at the corners of the "T" and the "E"

mirando las esquinas de la "T" y la "E"

and then triangulating off of that, flying autonomously.

y luego triangulando eso, volando de forma autónoma.

That joystick is just there to make sure if the robot goes crazy,

Esa palanca está ahí para asegurar que si el robot se vuelve loco,

Giuseppe can kill it.

Giuseppe puede matarlo.

(Laughter)

(Risas)

In addition to building these small robots,

Además de la construcción de estos pequeños robots,

we also experiment with aggressive behaviors, like you see here.

también experimentamos con comportamientos agresivos, como ven aquí.

So this robot is now traveling at two to three meters per second,

Este robot está ahora viajando a dos o tres m por segundo,

pitching and rolling aggressively as it changes direction.

con cabeceo y balanceo agresivo, ya que cambia de dirección.

The main point is we can have smaller robots that can go faster

El punto principal es que podemos tener robots más pequeños que vayan más rápido

and then travel in these very unstructured environments.

y luego viajar en estos ambientes muy desestructurados.

And in this next video,

En el siguiente video,

just like you see this bird, an eagle, gracefully coordinating its wings,

igual que vemos esta ave, un águila, coordinando con gracia sus alas,

its eyes and feet to grab prey out of the water,

sus ojos y pies para agarrar presas fuera del agua,

our robot can go fishing, too.

nuestro robot puede ir a pescar, también.

(Laughter)

(Risas)

In this case, this is a Philly cheesesteak hoagie that it's grabbing out of thin air.

En este caso, un embutido que está agarrado de la nada.

(Laughter)

(Risas)

So you can see this robot going at about three meters per second,

Pueden ver este robot que va a unos 3 m por segundo,

which is faster than walking speed, coordinating its arms, its claws

más rápido que la velocidad al caminar, coordinando sus brazos, sus garras

and its flight with split-second timing to achieve this maneuver.

y su vuelo en fracciones de segundo para lograr esta maniobra.

In another experiment,

En otro experimento,

I want to show you how the robot adapts its flight

Quiero mostrar cómo el robot adapta su vuelo

to control its suspended payload,

para controlar su carga suspendida,

whose length is actually larger than the width of the window.

cuya longitud es en realidad mayor que la anchura de la ventana.

So in order to accomplish this,

Para lograr esto,

it actually has to pitch and adjust the altitude

en realidad tiene que lanzar y ajustar la altitud

and swing the payload through.

y oscilar la carga.

But of course we want to make these even smaller,

Por supuesto, queremos hacer esto aún menor,

and we're inspired in particular by honeybees.

y estamos inspirados en particular por las abejas.

So if you look at honeybees, and this is a slowed down video,

Si nos fijamos en las abejas, y este es un vídeo ralentizado,

they're so small, the inertia is so lightweight --

son tan pequeñas, la inercia es tan ligera

(Laughter)

(Risas)

that they don't care -- they bounce off my hand, for example.

que no les importa, rebotan en mi mano, por ejemplo.

This is a little robot that mimics the honeybee behavior.

Este es un pequeño robot que imita a las abejas.

And smaller is better,

Y más pequeño es mejor,

because along with the small size you get lower inertia.

porque junto con el pequeño tamaño se obtiene más baja inercia.

Along with lower inertia --

Junto con menor inercia

(Robot buzzing, laughter)

(Robot zumbando, risas)

along with lower inertia, you're resistant to collisions.

junto con una menor inercia, se es resistente a colisiones.

And that makes you more robust.

Y eso te hace más fuerte.

So just like these honeybees, we build small robots.

Así como estas abejas, construimos pequeños robots.

And this particular one is only 25 grams in weight.

Este en particular es de solo 25 gr peso.

It consumes only six watts of power.

Consume solo 6 vatios de potencia.

And it can travel up to six meters per second.

Y puede viajar hasta a 6 m por segundo.

So if I normalize that to its size,

Si lo normalizo a su tamaño,

it's like a Boeing 787 traveling ten times the speed of sound.

es como un Boeing 787 viajando a 10 veces la velocidad del sonido.

(Laughter)

(Risas)

And I want to show you an example.

Quiero mostrarles un ejemplo.

This is probably the first planned mid-air collision, at one-twentieth normal speed.

Esta es probablemente la primera colisión en vuelo planeado, a una vigésima de la velocidad normal.

These are going at a relative speed of two meters per second,

Estos van a una velocidad relativa de 2 m por segundo,

and this illustrates the basic principle.

y esto ilustra el principio básico.

The two-gram carbon fiber cage around it prevents the propellers from entangling,

La jaula de fibra de carbono de 2 gr impide que las hélices se enreden,

but essentially the collision is absorbed and the robot responds to the collisions.

pero en esencia la colisión es absorbida y el robot responde a las colisiones.

And so small also means safe.

Y muy pequeño también significa seguro.

In my lab, as we developed these robots,

En mi laboratorio, al desarrollar estos robots,

we start off with these big robots

comenzamos con estos grandes robots

and then now we're down to these small robots.

y luego ahora bajamos a estos pequeños robots.

And if you plot a histogram of the number of Band-Aids we've ordered

Si se traza un histograma del número de banditas que pedimos

in the past, that sort of tailed off now.

en el pasado, mostraría un cola disminuyendo. (Risas)

Because these robots are really safe.

Porque estos robots son muy seguros.

The small size has some disadvantages,

El tamaño pequeño tiene algunas desventajas,

and nature has found a number of ways to compensate for these disadvantages.

y la naturaleza ha encontrado formas de compensar estas desventajas.

The basic idea is they aggregate to form large groups, or swarms.

La idea básica es que ellas se unen para formar grandes grupos o enjambres.

So, similarly, in our lab, we try to create artificial robot swarms.

Del mismo modo, en nuestro laboratorio, tratamos de crear enjambres de robots.

And this is quite challenging

Y esto es todo un reto

because now you have to think about networks of robots.

porque ahora tienes que pensar en redes de robots.

And within each robot,

Y dentro de cada robot,

you have to think about the interplay of sensing, communication, computation --

tienes que pensar en la interacción de detección, comunicación, computación,

and this network then becomes quite difficult to control and manage.

y esta red se vuelve muy difícil de controlar y gestionar.

So from nature we take away three organizing principles

Así que de la naturaleza nos llevamos 3 principios organizativos

that essentially allow us to develop our algorithms.

que, básicamente, nos permiten desarrollar nuestros algoritmos.

The first idea is that robots need to be aware of their neighbors.

La primera idea es que los robots tienen que ser conscientes de sus vecinos.

They need to be able to sense and communicate with their neighbors.

Tienen que ser capaces de sentir y comunicarse con sus vecinos.

So this video illustrates the basic idea.

Así que este video ilustra la idea básica.

You have four robots --

Tienes cuatro robots,

one of the robots has actually been hijacked by a human operator, literally.

uno ha sido secuestrado por un operador humano, literalmente.

But because the robots interact with each other,

Pero debido a que los robots interactúan entre sí,

they sense their neighbors,

sienten a sus vecinos,

they essentially follow.

que en esencia siguen.

And here there's a single person able to lead this network of followers.

Y aquí hay una sola persona capaz de liderar esta red de seguidores.

So again, it's not because all the robots know where they're supposed to go.

Así que de nuevo, no es porque todos los robots saben dónde se supone que deben ir.

It's because they're just reacting to the positions of their neighbors.

Es porque sólo están reaccionando a las posiciones de sus vecinos.

(Laughter)

(Risas)

So the next experiment illustrates the second organizing principle.

El siguiente experimento ilustra el segundo principio de organización.

And this principle has to do with the principle of anonymity.

Y este principio tiene que ver con el principio de anonimato.

Here the key idea is that

Aquí la idea clave es que

the robots are agnostic to the identities of their neighbors.

los robots son agnósticos a la identidad de sus vecinos.

They're asked to form a circular shape,

Se les pide que hagan una forma circular,

and no matter how many robots you introduce into the formation,

y no importa cuántos robots se introducen dentro de la formación,

or how many robots you pull out,

o cuántos robots se sacan,

each robot is simply reacting to its neighbor.

cada robot está simplemente reaccionando a su vecino.

It's aware of the fact that it needs to form the circular shape,

Es consciente del hecho de que se necesita para hacer la forma circular,

but collaborating with its neighbors

pero colaborando con sus vecinos

it forms the shape without central coordination.

hace esta forma sin coordinación central.

Now if you put these ideas together,

Ahora bien, si uno pone estas ideas juntas,

the third idea is that we essentially give these robots

la tercera idea es que esencialmente damos a estos robots

mathematical descriptions of the shape they need to execute.

descripciones matemáticas de la forma que necesitan ejecutar.

And these shapes can be varying as a function of time,

Y estas formas pueden ser variables en función del tiempo,

and you'll see these robots start from a circular formation,

y verán a estos robots comenzar a partir de una formación circular,

change into a rectangular formation, stretch into a straight line,

cambiar a una formación rectangular, estirada a una línea recta,

back into an ellipse.

de nuevo a una elipse.

And they do this with the same kind of split-second coordination

Y lo hacen con el mismo tipo de coordinación de fracción de segundo

that you see in natural swarms, in nature.

que se ve en los enjambres naturales, en la naturaleza.

So why work with swarms?

¿Por qué trabajar con enjambres?

Let me tell you about two applications that we are very interested in.

Déjenme decirles de 2 aplicaciones en las que estamos muy interesados.

The first one has to do with agriculture,

La primera tiene que ver con la agricultura,

which is probably the biggest problem that we're facing worldwide.

que es probablemente el mayor problema que enfrentando en el mundo.

As you well know,

Como bien saben,

one in every seven persons in this earth is malnourished.

1 de cada 7 personas en la Tierra está desnutrida.

Most of the land that we can cultivate has already been cultivated.

La mayor parte de la tierra que podemos cultivar ya ha sido cultivada.

And the efficiency of most systems in the world is improving,

La eficiencia de la mayoría de sistemas en el mundo está mejorando,

but our production system efficiency is actually declining.

pero nuestra eficiencia del sistema de producción está disminuyendo,

And that's mostly because of water shortage, crop diseases, climate change

debido a falta de agua, enfermedades de los cultivos, cambio climático

and a couple of other things.

y un par de otras cosas.

So what can robots do?

¿Qué pueden hacer los robots?

Well, we adopt an approach that's called Precision Farming in the community.

Bueno, adoptamos un enfoque que se llama agricultura de precisión en la comunidad.

And the basic idea is that we fly aerial robots through orchards,

Y la idea básica es que volamos robots a través de los huertos,

and then we build precision models of individual plants.

y luego construimos modelos de precisión de las plantas individuales.

So just like personalized medicine,

Así como la medicina personalizada,

while you might imagine wanting to treat every patient individually,

mientras que uno puede imaginar tratar a cada paciente de forma individual,

what we'd like to do is build models of individual plants

lo que nos gustaría hacer es construir modelos de plantas individuales

and then tell the farmer what kind of inputs every plant needs --

y luego decirle al agricultor qué tipo de insumos necesita cada planta;

the inputs in this case being water, fertilizer and pesticide.

las entradas en este caso son el agua, fertilizantes y pesticidas.

Here you'll see robots traveling through an apple orchard,

Aquí podrán ver los robots viajar a través de un huerto de manzanas,

and in a minute you'll see two of its companions

y en un minuto verán 2 de sus compañeros

doing the same thing on the left side.

haciendo lo mismo a la izquierda.

And what they're doing is essentially building a map of the orchard.

Y lo que están construyendo esencialmente es un mapa de la huerta.

Within the map is a map of every plant in this orchard.

Dentro del mapa hay uno de las plantas en este huerto.

(Robot buzzing)

(Zumbido de robot)

Let's see what those maps look like.

Veamos cómo se ven esos mapas parecen.

In the next video, you'll see the cameras that are being used on this robot.

En el siguiente video, verán las cámaras que está utilizando este robot.

On the top-left is essentially a standard color camera.

Arriba a la izquierda esencialmente una cámara de color destacada.

On the left-center is an infrared camera.

A la izquierda en el centro una cámara infrarroja.

And on the bottom-left is a thermal camera.

Y en la parte inferior izquierda una cámara térmica.

And on the main panel, you're seeing a three-dimensional reconstruction

Y en el panel principal, se ve una reconstrucción tridimensional

of every tree in the orchard as the sensors fly right past the trees.

de todo árbol del huerto al pasar los sensores sobre los árboles.

Armed with information like this, we can do several things.

Armados con información de este tipo, podemos hacer varias cosas.

The first and possibly the most important thing we can do is very simple:

Primero y posiblemente lo más importante es muy simple:

count the number of fruits on every tree.

contar el número de frutas en cada árbol.

By doing this, you tell the farmer how many fruits she has in every tree

Hacer esto, le dice al agricultor cuántas frutas que tiene en cada árbol

and allow her to estimate the yield in the orchard,

y le permitirá estimar el rendimiento del huerto,

optimizing the production chain downstream.

optimizar la cadena de producción aguas abajo.

The second thing we can do

La segunda cosa que podemos hacer

is take models of plants, construct three-dimensional reconstructions,

es tomar los modelos de las plantas, la reconstrucción tridimensional,

and from that estimate the canopy size,

y de allí estimar el tamaño del manto,

and then correlate the canopy size to the amount of leaf area on every plant.

y luego correlacionar el manto con la cantidad de área foliar en cada planta.

And this is called the leaf area index.

Esto se llama el índice de área foliar.

So if you know this leaf area index,

Si uno sabe este índice de área foliar,

you essentially have a measure of how much photosynthesis is possible in every plant,

esencialmente hace medición de qué tanta fotosíntesis hace cada planta,

which again tells you how healthy each plant is.

que a su vez dice qué tan saludable es cada planta.

By combining visual and infrared information,

Mediante la combinación de información visual y de infrarrojos,

we can also compute indices such as NDVI.

también podemos calcular índices como el NDVI.

And in this particular case, you can essentially see

Y en este caso en particular, en esencia se puede ver que

there are some crops that are not doing as well as other crops.

algunos cultivos no lo están haciendo tan bien como otros.

This is easily discernible from imagery,

Esto es fácilmente perceptible a partir de imágenes,

not just visual imagery but combining

no solo las imágenes visuales, sino combinadas

both visual imagery and infrared imagery.

tanto imágenes visuales como de infrarrojos.

And then lastly,

Y por último,

one thing we're interested in doing is detecting the early onset of chlorosis --

algo que nos interesa hacer es detectar la aparición temprana de la clorosis

and this is an orange tree --

--esto es un árbol de naranja--

which is essentially seen by yellowing of leaves.

que se ve esencialmente por el amarillamiento de las hojas.

But robots flying overhead can easily spot this autonomously

Pero los robots pueden detectar fácilmente esto de manera autónoma

and then report to the farmer that he or she has a problem

y luego informar al agricultor que él o ella tiene un problema

in this section of the orchard.

en esta parte de la huerta.

Systems like this can really help,

Sistemas como estos realmente pueden ayudar,

and we're projecting yields that can improve by about ten percent

y estamos proyectando rendimientos mejores en alrededor de un 10 %

and, more importantly, decrease the amount of inputs such as water

y, sobre todo, disminuir la cantidad de insumos como el agua

by 25 percent by using aerial robot swarms.

un 25 % mediante el uso de enjambres de robots aéreos.

Lastly, I want you to applaud the people who actually create the future,

Por último, quiero aplaudir a la gente que realmente crea el futuro,

Yash Mulgaonkar, Sikang Liu and Giuseppe Loianno,

Yash Mulgaonkar, Sikang Liu y Giuseppe Loianno,

who are responsible for the three demonstrations that you saw.

quienes son responsables de las 3 demostraciones que vieron.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)