The Future of Flying Robots | Vijay Kumar | TED Talks

Tłumaczenie: Patrycja Macyszyn Korekta: Kacper Borowiecki

In my lab, we build autonomous aerial robots

W moim labolatorium tworzymy niezależne powietrzne roboty

like the one you see flying here.

jak ten latający tutaj.

Unlike the commercially available drones that you can buy today,

W przeciwieństwie do dostępnych w handlu dronów, które można dziś kupić,

this robot doesn't have any GPS on board.

te roboty nie mają wbudowanego żadnego odbiornika GPS.

So without GPS,

Więc bez odbiornika GPS,

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

ciężko jest takim robotom ustalić swoją pozycje.

This robot uses onboard sensors, cameras and laser scanners,

Te roboty używają pokładowych czujników, kamer i skanerów laserowych

to scan the environment.

by badać otoczenie.

It detects features from the environment,

Wykrywają elementy otoczenia

and it determines where it is relative to those features,

i określają swoje położenie w stosunku do tych elementów

using a method of triangulation.

używając metody triangulacji.

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

Następnie mogą zgromadzić te wszystkie elementy na mapie

like you see behind me.

takiej jak ta widoczna za mną.

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

Mapa pozwala robotowi zrozumieć położenie przeszkód

and navigate in a collision-free manner.

i nawigować w sposób bezkolizyjny.

What I want to show you next

Kolejną rzeczą, którą chciałbym pokazać

is a set of experiments we did inside our laboratory,

jest zbiór eksperymentów jakich dokonaliśmy w laboratorium,

where this robot was able to go for longer distances.

gdzie robot mógł przebywać dłuższe odległości.

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

Na górze z prawej strony widzimy obraz z kamery robota.

And on the main screen --

A na głównym ekranie --

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

oczywiście obraz jest przyśpieszony czterokrotnie --

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

widzimy powstającą mapę.

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

Jest to wysokiej rozdzielczości mapa korytarza otaczającego nasze laboratorium.

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

Za chwilę zobaczycie jak dociera do laboratorium,

which is recognizable by the clutter that you see.

co można poznać dzięki widocznym rupieciom.

(Laughter)

(Śmiech)

But the main point I want to convey to you

Jednak głównym punktem, który chcę wam przedstawić

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

jest fakt, iż te roboty są w stanie stworzyć mapy wysokiej rozdzielczości,

at five centimeters resolution,

nawet 5-centymetrowej rozdzielczości,

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

pozwalającej osobie będącej poza laboratorium lub poza budynkiem

to deploy these without actually going inside,

zajrzeć tam bez wchodzenia do środka

and trying to infer what happens inside the building.

i wywnioskować, co dzieje się wewnątrz.

Now there's one problem with robots like this.

Jednak jest jeden problem z takimi robotami.

The first problem is it's pretty big.

Po pierwsze robot jest dosyć duży.

Because it's big, it's heavy.

A skoro jest duży jest też ciężki.

And these robots consume about 100 watts per pound.

Roboty zużywają około 200 watów na kilogram.

And this makes for a very short mission life.

co sprawia, że ich misje mają bardzo krótki żywot.

The second problem

Drugi problem

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

to fakt, że roboty posiadające pokładowe czujniki są bardzo drogie --

a laser scanner, a camera and the processors.

skaner laserowy, kamera i procesory.

That drives up the cost of this robot.

Podnosi to koszty robota.

So we asked ourselves a question:

Więc zadaliśmy sobie pytanie:

what consumer product can you buy in an electronics store

Jaki produkt zakupiłbyś w sklepie elektronicznym,

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

który jest niedrogi, mało waży, ma wbudowane czujniki i moc obliczeniową?

And we invented the flying phone.

Więc stworzyliśmy latający telefon.

(Laughter)

(Śmiech)

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

Ten robot używa telefonu Samsung Galaxy, który jest dostępny od ręki,

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

a wszystko czego potrzebujesz to aplikacja dostępna w app store.

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

Zauważcie, że robot jest w stanie odczytywać litery, w tym przypadku "TED",

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

dzięki obserwacji brzegów liter "T" i "E",

and then triangulating off of that, flying autonomously.

a następnie triangulując je, latając samodzielnie.

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

Kontroler jest po to, by zapanować nad robotem, gdyby zaczął szaleć.

Giuseppe can kill it.

Giuseppe może go wyłączyć.

(Laughter)

(Śmiech)

In addition to building these small robots,

Budując te roboty

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

testowaliśmy agresywne zachowania, takie jak widoczne tutaj.

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

Robot porusza się dwa, trzy metry na sekundę

pitching and rolling aggressively as it changes direction.

kołysając się agresywnie, kiedy zmienia kierunek lotu.

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

Naszym głównym celem jest posiadanie mniejszego robota, który jest szybszy

and then travel in these very unstructured environments.

i przemieszcza się w nieuporządkowanym otoczeniu.

And in this next video,

Na kolejnym nagraniu

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

widzicie ptaka, orła, który z wdziękiem panuje nad skrzydłami,

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

oczami i kończynami by chwycić zdobycz z wody.

our robot can go fishing, too.

Cóż, nasz robot także potrafi łowić.

(Laughter)

(Śmiech)

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

W tym przypadku jest to kanapka z serem i befsztykiem, przechwycona w powietrzu.

(Laughter)

(Śmiech)

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

Ten robot może poruszać się około trzech metrów na sekundę,

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

jest więc szybszy niż tempo chodu, współgrając z ramionami, chwytakami

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

oraz kontrolując lot w ułamku sekundy, aby osiągnąć ten manewr.

In another experiment,

W innym eksperymencie,

I want to show you how the robot adapts its flight

chciałem pokazać, jak robot dostosowuje lot

to control its suspended payload,

kontrolując zawieszony ładunek,

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

który jest dłuższy niż szerokość okna.

So in order to accomplish this,

W celu osiągnięcia tego manewru

it actually has to pitch and adjust the altitude

potrzebuje się kołysać, wyregulować wysokość

and swing the payload through.

i znowu rozhuśtać ładunek w drugą stronę.

But of course we want to make these even smaller,

Oczywiście chcemy to jeszcze zmniejszyć,

and we're inspired in particular by honeybees.

a zainspirowały nas do tego pszczoły.

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

Jeżeli spojrzymy na pszczoły, a mamy tutaj zwolnione wideo

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

widzimy, że są małe, a ich bezwładność niewielka --

(Laughter)

(Śmiech)

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

że nawet o nią nie dbają -- i odbijają się na przykład od mojej ręki.

This is a little robot that mimics the honeybee behavior.

Ten mały robot naśladuje zachowanie pszczół.

And smaller is better,

A im mniejsze tym lepsze,

because along with the small size you get lower inertia.

ponieważ wraz z niewielkim rozmiarem zyskujesz mniejszą bezwładność.

Along with lower inertia --

Wraz z mniejszą bezwładnością --

(Robot buzzing, laughter)

(Robot bzyczy, Śmiech)

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

wraz z mniejszą bezwładnością jesteś odporny na zderzenia.

And that makes you more robust.

A to sprawia, że jesteś bardziej odporny.

So just like these honeybees, we build small robots.

Zbudowaliśmy robota podobnego do pszczoły.

And this particular one is only 25 grams in weight.

Waży on dokładnie 25 gramów.

It consumes only six watts of power.

Zużywa tylko sześć watów energii.

And it can travel up to six meters per second.

I jest w stanie przemieszczać się sześć metrów na sekundę.

So if I normalize that to its size,

Gdybym ujednolicił to do jego rozmiaru,

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

to jak Boeing 787 przemieszczający się dziesięć razy szybciej od dźwięku.

(Laughter)

(Śmiech)

And I want to show you an example.

Pokażę wam przykład.

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

Prawdopodobnie to pierwsza zaplanowana kolizja w powietrzu

w jednej dwudziestej normalnej prędkości.

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

Przy prędkości względnej 2 metrów na sekundę,

and this illustrates the basic principle.

ilustruje ona podstawowe zasady.

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

Osłona karbonowa ważąca dwa gramy zapobiega oplatywaniu się śmigieł.

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

W zasadzie kolizja jest zaobserwowana a robot reaguje na kolizje.

And so small also means safe.

Małe znaczy także bezpieczne.

In my lab, as we developed these robots,

W moim laboratorium, gdzie stworzyliśmy te roboty

we start off with these big robots

zaczynaliśmy od tych dużych,

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

a potem przeszliśmy na małe robty.

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

Jeżeli przeanalizowałbyś histogram liczby Band-Aids (bandaży),

in the past, that sort of tailed off now.

które zamówiliśmy, zauważyłbyś, że teraz zmalała.

Because these robots are really safe.

Te roboty są bardzo bezpieczne.

The small size has some disadvantages,

Mały rozmiar ma pewne wady,

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

ale natura znalazła sposoby na zrekompensowanie tych wad.

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

Podstawowym pomysłem jest zbieranie się w duże grupy lub roje.

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

Więc znów w naszym laboratorium próbujemy stworzyć sztuczne roja robotów.

And this is quite challenging

A jest to dość trudne,

because now you have to think about networks of robots.

ponieważ należy pomyśleć o sieci robotów.

And within each robot,

A pomiędzy każdym robotem należy pomyśleć

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

o wspólnym oddziaływaniu czujników, komunikacji i wyliczeń --

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

a taka sieć staje się trudna do kontrolowania i zarządzania.

So from nature we take away three organizing principles

Wzięliśmy więc trzy podstawowe pomysły z natury,

that essentially allow us to develop our algorithms.

które zasadniczo pozwalają nam rozwinąć nasze algorytmy.

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

Po pierwsze roboty muszą mieć pojęcie o swoich sąsiadach.

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

Muszą mieć zdolność wyczuwania i komunikowania się z sąsiadami.

So this video illustrates the basic idea.

Filmik ilustruje ten pomysł.

You have four robots --

Mamy cztery roboty --

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

jeden z robotów został dosłownie porwany przez człowieka.

But because the robots interact with each other,

Ale ponieważ roboty współpracują ze sobą

they sense their neighbors,

wyczuły sąsiada

they essentially follow.

i podążają za nim.

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

Więc jedna osoba może nadzorować sieć zwolenników.

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

To nie tak, że wszystkie roboty wiedzą gdzie powinny podążać.

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

Dzieje się tak, ponieważ reagują na położenie sąsiada.

(Laughter)

(Śmiech)

So the next experiment illustrates the second organizing principle.

Kolejny eksperyment przedstawia następną zasadę organizacji.

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

Jest ona związana z zasadą anonimowości.

Here the key idea is that

Tutaj kluczowe jest to,

the robots are agnostic to the identities of their neighbors.

że roboty są agnostykami dla tożsamości sąsiadów.

They're asked to form a circular shape,

Zostały poproszone, by stworzyć okrągły kształt,

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

i nieważne, jak wiele robotów bierze udział w formowaniu

or how many robots you pull out,

lub jak wiele odpadnie,

each robot is simply reacting to its neighbor.

każdy robot reaguje na sąsiada.

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

Oczywiścię roboty są świadome tego, że muszą stworzyć okrąg,

but collaborating with its neighbors

ale współpracując z sąsiadami

it forms the shape without central coordination.

tworzą kształt bez centralnej koordynacji.

Now if you put these ideas together,

Teraz jeżeli połączymy te dwie idee,

the third idea is that we essentially give these robots

trzecia polega na tym, że zasadniczo dajemy robotom

mathematical descriptions of the shape they need to execute.

opis matematyczny kształtu, który mają zrealizować.

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

A kształty mogą być różnorodne w czasie.

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

Zobaczycie, że roboty zaczną formować okręg

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

potem zmienią się w prostokąt, rozciągną do prostej linii

back into an ellipse.

i wrócą do kształtu elipsy.

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

Wykonują to w tym samym ułamku sekundy,

that you see in natural swarms, in nature.

co możecie zaobserwować w naturalnych rojach.

So why work with swarms?

Dlaczego współpracować z rojami?

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

Pozwólcie, że opowiem wam o dwóch zastosowaniach,

które nas bardzo interesują.

The first one has to do with agriculture,

Pierwsze jest związany z rolnictwem

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

i to zapewne największy problem światowy, jakiemu stawiamy czoła.

As you well know,

Jak dobrze wiecie,

one in every seven persons in this earth is malnourished.

jeden na siedmiu mieszkańców ziemi jest niedożywiony.

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

Większość ziemi dostępna pod uprawę została już wykorzystana.

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

Efektywność większości systemów światowych udaje się polepszyć,

but our production system efficiency is actually declining.

jednak efektywność naszego systemu produkcyjnego spada,

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

w większości z powodu braku wody, chorób uprawnych, zmian klimatycznych

and a couple of other things.

i kilku innych rzeczy.

So what can robots do?

Więc co mogą zrobić roboty?

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

Stworzyliśmy metodę, która nazywa się Precyzyjne Rolnictwo w społeczeństwie.

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

Podstawowym pomysłem jest latanie powietrznymi robotami nad sadami,

and then we build precision models of individual plants.

a następnie tworzenie precyzyjnego modelu poszczególnych roślin.

So just like personalized medicine,

Dokładnie tak, jak lekarstwa dostosowane do indywidualnych potrzeb,

while you might imagine wanting to treat every patient individually,

kiedy wyobrażasz sobie potrzebę leczenia każdego pacjenta indywidualnie,

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

chcemy stworzyć modele indywidualnych roślin,

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

a następnie powiedzieć rolnikom, jakie są potrzeby danej rośliny --

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

potrzebami w tym przypadku będą woda, nawóz i pestycydy.

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

Tutaj widzicie roboty lecące nad sadem jabłkowym,

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

a za chwilę zobaczycie ich dwóch kompanów

doing the same thing on the left side.

robiacych to samo po lewej stronie.

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

Zasadniczo tworzą mapy sadu.

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

Na tej mapie zawiera się mapa każdej rośliny z osobna.

(Robot buzzing)

(Robot bzyczy)

Let's see what those maps look like.

Zobaczmy, jak taka mapa wygląda.

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

Na kolejnym nagraniu zobaczycie kamery, których użyto na robotach.

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

Na górze po lewej stronie jest widok z dobrej kolorowej kamery.

On the left-center is an infrared camera.

na środku z kamery na podczerwień,

And on the bottom-left is a thermal camera.

a na dole z kamery termalnej.

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

Na głównym ekranie widzicie trójwymiarową rekonstrukcje

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

każdego drzewa w sadzie, gdyż czujniki latają tuż nad drzewami.

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

Uzbrojeni w takie informacje możemy zrobić kilka rzeczy.

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

Po pierwsze i chyba najważniejsze:

count the number of fruits on every tree.

policzyć ilość owoców na każdym drzewie.

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

Poprzez takie wyliczenia dajesz rolnikowi informację,

jak wiele owoców ma na każdym drzewie,

and allow her to estimate the yield in the orchard,

dzięki czemu może oszacować wydajność sadu

optimizing the production chain downstream.

i zoptymalizować łańcuch produkcyjny.

The second thing we can do

Kolejną rzeczą, jaką możemy zrobić,

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

jest trójwymiarowa rekonstrukcja

na podstawie modelu drzewa

and from that estimate the canopy size,

i oszacowanie wielkości czaszy,

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

a następnie zestawienie wielkości czaszy z powierzchnią liści na każdym drzewie.

And this is called the leaf area index.

To indeksowanie powierzchni liści.

So if you know this leaf area index,

Jeżeli znasz wartość indeksowania powierzchni liści

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

zasadniczo wiesz, jaki duży proces fotosyntezy może zajść na każdym drzewie,

which again tells you how healthy each plant is.

a to daje ci informacje czy drzewo jest zdrowe.

By combining visual and infrared information,

Poprzez łączenie wizualnych i podczerwonych informacji

we can also compute indices such as NDVI.

możesz również obliczyć wskaźniki takie jak NDVI.

And in this particular case, you can essentially see

W tym konkretnym przypadku możesz zauważyć,

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

że część roślin nie rośnie tak dobrze jak inne.

This is easily discernible from imagery,

Jest to mocno zauważalne na obrazie

not just visual imagery but combining

właściwie nie tylko na obrazie, ale połączeniu

both visual imagery and infrared imagery.

obrazu widzialnego i podczerwonego.

And then lastly,

Na koniec - rzeczą,

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

która nas interesuje jest wykrywanie wczesnego występowania chlorozy -

and this is an orange tree --

tutaj mamy drzewo pomarańczy,

which is essentially seen by yellowing of leaves.

na którym widać żółknące liście.

But robots flying overhead can easily spot this autonomously

Roboty latające nad sadem łatwo wykrywają zależność,

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

a następnie raportują rolnikom, że mają problem

in this section of the orchard.

w tej części sadu.

Systems like this can really help,

Takie systemy naprawdę mogą pomóc,

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

przewidujemy, że plony mogą poprawić się o około dziesięć procent,

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

a co ważniejsze potrzebna ilość materiałów, na przykład wody,

by 25 percent by using aerial robot swarms.

zmniejszy się o 25 procent przy użyciu powietrznych rojów z robotów.

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

Na koniec chciałbym prosić o brawa dla ludzi, którzy tworzą tę przyszłość,

Yash Mulgaonkar, Sikang Liu and Giuseppe Loianno,

Yash Mulgaonkar, Sikang Liu i Giuseppe Loianno,

who are responsible for the three demonstrations that you saw.

którzy są odpowiedzialni za wszystkie trzy prezentacje jakie widzieliście.

Thank you.

Dziękuję.

(Applause)

(Brawa)