The Future of Flying Robots | Vijay Kumar | TED Talks

Traducător: Razvan Cristian Duia Corector: Mihaela Schneiders

In my lab, we build autonomous aerial robots

În laboratorul meu, construim roboţi aerieni autonomi

like the one you see flying here.

ca cei pe care îi vedeţi zburând aici.

Unlike the commercially available drones that you can buy today,

Spre deosebire de dronele comerciale ce pot fi cumparate astăzi,

this robot doesn't have any GPS on board.

acest robot nu este dotat cu GPS.

So without GPS,

Deci fără GPS,

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

e greu pentru roboţi ca acesta să-şi determine poziţia.

This robot uses onboard sensors, cameras and laser scanners,

Acest robot foloseşte senzorii, camerele şi scanerele cu laser cu care e dotat

to scan the environment.

pentru a scana mediul înconjurător.

It detects features from the environment,

Robotul detectează caracteristicile mediului

and it determines where it is relative to those features,

şi îşi determină poziţia în raport cu ele,

using a method of triangulation.

prin metoda triangulaţiei

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

şi apoi poate grupa toate aceste detalii într-o hartă

like you see behind me.

ca cea aflată în spatele meu.

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

Această hartă permite apoi robotului să înţeleagă unde sunt obstacolele

and navigate in a collision-free manner.

şi să navigheze fără a se lovi de acestea.

What I want to show you next

Ce vreau să vă arăt în continuare

is a set of experiments we did inside our laboratory,

sunt câteva experimente pe care le-am făcut în laboratorul nostru,

where this robot was able to go for longer distances.

unde acest robot s-a putut deplasa pe distanţe mai lungi.

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

Aici vedeţi, în dreapta sus, ce vede robotul cu camera.

And on the main screen --

Pe ecranul principal

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

– viteza de redare e mărită de 4 ori –

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

pe ecranul principal veţi vedea harta ce se întocmeşte.

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

E o hartă la rezoluţie mare a coridorului de lângă laboratorul nostru.

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

Imediat va intra în laboratorul nostru,

which is recognizable by the clutter that you see.

care poate fi recunoscut după dezordinea pe care o vedeţi.

(Laughter)

(Râsete)

But the main point I want to convey to you

Dar principalul lucru ce vreau să vi-l spun

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

e că aceşti roboţi sunt capabili să facă hărţi cu rezoluţie mare,

at five centimeters resolution,

o rezoluţie de 5 centimetri,

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

permiţând cuiva din afara laboratorului, din afara clădirii,

to deploy these without actually going inside,

să le obţină fără să intre înăuntru

and trying to infer what happens inside the building.

şi să încerce să deducă ce se întâmplă în clădire.

Now there's one problem with robots like this.

E o problemă cu astfel de roboţi.

The first problem is it's pretty big.

Prima problemă e că sunt destul de mari.

Because it's big, it's heavy.

Fiind mari, sunt grei.

And these robots consume about 100 watts per pound.

Consumă cam 200 waţi pe kilogram.

And this makes for a very short mission life.

Asta face ca durata misiunilor să fie foarte scurtă.

The second problem

A doua problemă e că roboţii au senzori care costă foarte mult:

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

a laser scanner, a camera and the processors.

un scaner cu laser, o cameră video şi procesoarele,

That drives up the cost of this robot.

ce ridică preţul acestor roboţi.

So we asked ourselves a question:

Ne-am întrebat:

what consumer product can you buy in an electronics store

ce produs de serie putem cumpăra din magazin

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

care să fie ieftin, uşor, cu senzori şi putere de calcul?

And we invented the flying phone.

Şi am inventat telefonul zburător.

(Laughter)

(Râsete)

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

Acest robot foloseşte un telefon Samsung Galaxy ce se găseşte în magazine,

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

şi tot ce vă trebuie e o aplicaţie descărcabilă de pe site-ul nostru.

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

Acest robot citeşte literele „TED” în acest caz,

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

vizualizând colţurile literelor T şi E,

and then triangulating off of that, flying autonomously.

determinându-şi poziţia relativă faţă de ele şi zburând autonom.

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

Joystickul e aici, dacă o ia razna, Giuseppe să-i vină de hac.

Giuseppe can kill it.

(Laughter)

(Râsete)

In addition to building these small robots,

Pe lângă construirea acestor mici roboţi,

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

testăm comportamente agresive, ca cel pe care îl vedeţi aici:

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

robotul se deplasează acum cu 2-3 m/secundă,

pitching and rolling aggressively as it changes direction.

balansându-se puternic în timp ce îşi schimbă direcţia.

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

Ideea e că putem avea roboţi mai mici, ce se pot deplasa mai repede

and then travel in these very unstructured environments.

şi care pot zbura în medii foarte neregulate.

And in this next video,

În clipul următor,

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

aşa cum acest vultur, coordonându-şi graţios aripile, ochii şi picioarele,

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

scoate din apă prada,

our robot can go fishing, too.

şi robotul nostru poate pescui.

(Laughter)

(Râsete)

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

E un Philly sandwich cu brânză, pe care-l apucă din zbor.

(Laughter)

(Râsete)

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

Observaţi robotul zburând cam cu 3 m/s,

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

(mai repede decât merge un om) coordonându-şi braţele, ghearele

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

şi zborul în fracţiuni de secundă pentru a realiza această manevră.

In another experiment,

Într-un alt experiment,

I want to show you how the robot adapts its flight

vreau să vă arăt cum un robot îşi adaptează zborul

to control its suspended payload,

pentru a-şi controla încărcătura suspendată,

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

a cărei lungime e mai mare decât deschiderea ferestrei.

So in order to accomplish this,

Pentru a reuşi, trebuie să se încline şi să-şi regleze altitudinea

it actually has to pitch and adjust the altitude

and swing the payload through.

şi să balanseze încărcătura prin deschidere.

But of course we want to make these even smaller,

Vrem să îi facem şi mai mici şi ne-am inspirat în special de la albine.

and we're inspired in particular by honeybees.

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

Dacă observaţi albinele (e o filmare cu încetinitorul)

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

sunt atât de mici, inerţia lor e atât de mică,

(Laughter)

(Râsete)

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

încât nu le pasă dacă se ciocnesc de mâna mea, de exemplu.

This is a little robot that mimics the honeybee behavior.

Acesta e un robot mic ce imită comportamentul albinei.

And smaller is better,

Iar mai mic e mai bine,

because along with the small size you get lower inertia.

deoarece cu mărimea mică obţii inerţie redusă.

Along with lower inertia --

Împreună cu inerţia redusă,

(Robot buzzing, laughter)

(robotul bazâie, râsete)

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

împreună cu inerţia redusă, rezişti mai bine la coliziuni

And that makes you more robust.

şi asta te face mai robust.

So just like these honeybees, we build small robots.

Am construit roboţi mici, ca aceste albine.

And this particular one is only 25 grams in weight.

Ăsta are doar 25 de grame.

It consumes only six watts of power.

Consumă doar 6 waţi şi se poate deplasa cu 6 m/s.

And it can travel up to six meters per second.

So if I normalize that to its size,

Raportat la mărimea lui,

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

e ca şi cum un Boeing 787 ar zbura de 10 ori mai rapid decât sunetul.

(Laughter)

(Râsete)

And I want to show you an example.

Vreau să vă arăt un exemplu.

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

Aceasta e probabil prima coliziune aeriana planificată, redata cu viteza 1/20

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

Aceşti roboţi au o viteză relativă de 2 m/s

and this illustrates the basic principle.

şi aceasta ilustrează principiul de bază.

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

Cuştile de 2 grame din fibră de carbon împiedică atingerea elicelor,

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

dar important e că impactul e absorbit, iar roboţii reacţionează la coliziuni.

And so small also means safe.

Aşa că mic, înseamnă şi sigur.

In my lab, as we developed these robots,

Când am început să lucrăm, am început cu roboţi mari

we start off with these big robots

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

şi acum am ajuns la aceşti roboţi mici.

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

O histogramă a plasturilor comandaţi în trecut,

in the past, that sort of tailed off now.

ar arăta că numărul lor s-a redus acum.

Because these robots are really safe.

Pentru că aceşti roboţi sunt siguri.

The small size has some disadvantages,

Dimensiunea mică are câteva dezavantaje

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

şi natura a găsit căi să compenseze aceste dezavantaje.

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

Ideea e că indivizii se grupează pentru a forma grupuri, roiuri.

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

Am încercat şi noi, în laborator, să creăm roiuri artificiale de roboţi.

And this is quite challenging

E o provocare pentru că acum trebuie să ne gândim la reţele de roboţi,

because now you have to think about networks of robots.

And within each robot,

şi în fiecare robot,

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

trebuie să rezolvi combinaţia de detecţie, comunicare, calcul,

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

după care reţeaua devine cam dificil de controlat şi de gestionat.

So from nature we take away three organizing principles

Din natură preluăm trei principii de organizare

that essentially allow us to develop our algorithms.

care ne ajută la dezvoltarea algoritmilor.

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

Prima idee e că roboţii trebuie să ştie de prezenţa vecinilor.

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

Trebuie să-i poată detecta şi comunica cu ei.

So this video illustrates the basic idea.

Acest clip ilustrează ideea de bază.

You have four robots --

Avem patru roboţi -

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

unul dintre ei a fost deturnat la propriu de un operator uman.

But because the robots interact with each other,

Pentru că roboţii interacţionează între ei,

they sense their neighbors,

îşi simt vecinii,

they essentially follow.

si se urmează intre ei.

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

Aşa, o singură persoană poate conduce această reţea de urmăritori.

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

Asta nu se întâmplă pentru că roboţii ştiu unde trebuie să meargă,

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

ci pentru că reacţionează la poziţia vecinilor lor

(Laughter)

(Râsete)

So the next experiment illustrates the second organizing principle.

Următorul experiment ilustrează al doilea principiu de organizare.

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

Acesta e principiul anonimităţii.

Here the key idea is that

Aici, ideea principală este

the robots are agnostic to the identities of their neighbors.

că roboţii nu cunosc identităţile vecinilor lor.

They're asked to form a circular shape,

Li se solicită să alcătuiască o formă circulară

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

şi indiferent câţi roboţi pui în formaţie sau câţi scoţi,

or how many robots you pull out,

each robot is simply reacting to its neighbor.

fiecare robot reacţionează doar la vecinul său.

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

Ştie că trebuie să realizeze forma circulară,

but collaborating with its neighbors

dar colaborând cu vecinii săi o realizează fără coordonare centrală.

it forms the shape without central coordination.

Now if you put these ideas together,

Dacă puneţi aceste idei la un loc,

the third idea is that we essentially give these robots

a treia idee e că dăm acestor roboţi

mathematical descriptions of the shape they need to execute.

detaliile matematice ale formei pe care trebuie să o creeze.

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

Formele se pot schimba în funcţie de timp,

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

şi veţi vedea aceşti roboţi, începând cu o formaţie circulară,

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

schimbându-se într-un dreptunghi, întinzându-se într-o linie dreaptă,

back into an ellipse.

înapoi într-o elipsă.

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

Şi fac asta cu aceeaşi coordonare de fracţiuni de secundă

that you see in natural swarms, in nature.

pe care vedeţi la roiurile din natură.

So why work with swarms?

Dar de ce să lucrezi cu roiuri?

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

Vă voi vorbi despre două aplicaţii care ne interesează foarte mult.

The first one has to do with agriculture,

Prima are legătură cu agricultura,

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

care e probabil cea mai mare problemă de pe glob.

As you well know,

După cum ştiţi,

one in every seven persons in this earth is malnourished.

una din şapte persoane în lume este malnutrită.

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

Majoritatea suprafeţelor ce au putut fi cultivate, sunt deja cultivate.

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

Eficienţa majorităţii sistemelor creşte la nivel global,

but our production system efficiency is actually declining.

dar eficienţa sistemului de producţie este, de fapt, în scădere.

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

Mai ales din cauza penuriei de apă, a bolilor, schimbărilor climatice

and a couple of other things.

şi a altor câteva lucruri.

So what can robots do?

Deci ce pot face roboţii?

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

Am adoptat o abordare numită Agricultură de Precizie în comunitate,

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

şi ideea de bază e că putem sa trimitem roboţii zburători prin livezi

and then we build precision models of individual plants.

şi apoi sa creăm modele precise ale fiecărei plante.

So just like personalized medicine,

Ca în medicina personalizată,

while you might imagine wanting to treat every patient individually,

unde imaginaţi-vă că se doreşte tratarea individuală a fiecărui pacient,

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

dorim să construim modele individuale ale plantelor

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

ca apoi să îi spunem fermierului ce i-ar trebui fiecărei plante.

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

În acest caz, inputul ar conţine: apă, îngrăşământ şi pesticide.

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

Aici vedeţi roboţi zburând într-o livadă de meri

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

şi îndată veţi vedea doi dintre colegii lor,

doing the same thing on the left side.

făcând acelaşi lucru în partea stângă.

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

Ei de fapt întocmesc o hartă a livezii.

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

Pe hartă apare fiecare plantă din livadă.

(Robot buzzing)

(se aude robotul bâzâind)

Let's see what those maps look like.

Să vedem cum arată aceste hărţi.

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

Veţi vedea camerele folosite de aceşti roboţi.

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

În stânga-sus e o cameră color obişnuită.

On the left-center is an infrared camera.

În stânga-centru e o cameră în infraroşu.

And on the bottom-left is a thermal camera.

În stânga-jos e o cameră termală.

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

Pe ecranul principal, vedeţi o reprezentare tridimensională

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

a fiecărui pom, pe măsură ce senzorii zboară chiar pe lângă ei.

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

Înarmaţi cu astfel de informaţii, putem face câteva lucruri.

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

Primul şi cel mai important lucru este foarte simplu:

count the number of fruits on every tree.

numărarea fructelor din fiecare pom.

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

Prin asta îi poţi spune fermierului câte fructe are în fiecare copac

and allow her to estimate the yield in the orchard,

şi îi permiţi să estimeze productivitatea recoltei,

optimizing the production chain downstream.

optimizînd lanţul de producţie

The second thing we can do

Al doilea lucru e că putem lua modele de plante,

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

le reconstituim tridimensional

and from that estimate the canopy size,

şi de aici să estimăm cât de mare e coroana

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

şi apoi corelăm mărimea coroanei cu suprafaţa frunzelor plantei,

And this is called the leaf area index.

adică indicele suprafeţei foliare

So if you know this leaf area index,

Dacă ştii cât e acest indice,

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

poţi măsura câtă fotosinteză face fiecare plantă,

which again tells you how healthy each plant is.

lucru care îţi arată cât de sănătoasă e planta.

By combining visual and infrared information,

Combinând informaţiile vizuale şi cele din infraroşu,

we can also compute indices such as NDVI.

putem calcula indici ca NDVI.

And in this particular case, you can essentially see

În acest caz poţi vedea clar

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

că unele culturi nu se dezvoltă la fel de bine ca altele.

This is easily discernible from imagery,

Asta se observă uşor din imagistică,

not just visual imagery but combining

nu doar din fotografiile obişnuite,

both visual imagery and infrared imagery.

ci combinând imaginile vizibile cu cele din spectrul infraroşu.

And then lastly,

În cele din urmă,

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

dorim să putem detecta apariţia clorozei,

and this is an orange tree --

– e un portocal –

which is essentially seen by yellowing of leaves.

care se distinge prin îngălbenirea frunzelor.

But robots flying overhead can easily spot this autonomously

Roboţii care zboară deasupra pot observa asta autonom

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

şi apoi pot raporta fermierului că are o problemă

in this section of the orchard.

în această parte a livezii.

Systems like this can really help,

Sisteme ca acesta chiar pot ajuta

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

şi proiectăm recolte ce pot fi îmbunătăţite cam cu 10 %.

Mai important, de exemplu,

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

consumul de apă scade

by 25 percent by using aerial robot swarms.

cu aproximativ 25 %, folosind roiuri de roboţi aerieni.

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

La final, aş vrea să aplaudaţi oamenii care au creat de fapt acest viitor

Yash Mulgaonkar, Sikang Liu and Giuseppe Loianno,

Yash Mulganokar, Sikang Liu şi Giuseppe Loianno,

who are responsible for the three demonstrations that you saw.

care sunt responsabili pentru cele trei demonstraţii pe care le-aţi văzut.

Thank you.

Mulţumesc.

(Applause)

(Applause)