רפאלו דה-אנדריאה: העוצמה האתלטית המדהימה של מסוקי-ארבעה-רוטורים
-
0:12 - 0:14אז מה זה אומר שמכונה היא אתלטית?
-
0:15 - 0:18נציג כאן את התפיסה
לגבי אתלטיות של מכונה -
0:18 - 0:20ואת עבודת המחקר כדי להשיגה
-
0:20 - 0:22בעזרת המכונות המעופפות
הללו הנקראות מסוקי-קואד, -
0:23 - 0:24או בקיצור, קואד.
-
0:26 - 0:28המסוקים נמצאים איתנו כבר זמן רב.
-
0:29 - 0:32הסיבה שהם כה פופולרים בימינו
היא היותן פשוטים מבחינה מיכנית. -
0:32 - 0:35באמצעות שליטה על מהירות הסיבוב
ארבעת הרוטורים הללו, -
0:35 - 0:37הכלים יכולים להתגלגל, להיטות ולעלרד,
-
0:37 - 0:40לשנות כיוון ולהאיץ
בכיוון אחד משותף לכולם. -
0:40 - 0:43הם נושאים עליהם סוללה, מחשב,
-
0:43 - 0:45חיישנים שונים ורדיו אלחוטי.
-
0:47 - 0:51המסוקים מאוד קלי תנועה,
אבל קלות זו גובה מחיר. -
0:52 - 0:54הם לא יציבים ביסודם
-
0:54 - 0:56והם זקוקים לאיזה שהוא
משוב עם בקרה אוטומטית -
0:56 - 0:58כדי להיות מסוגלים לטוס.
-
1:04 - 1:07אז כיצד עושים זאת?
-
1:07 - 1:09מצלמות בתקרה ומחשב נייד
-
1:09 - 1:12משמשים כמערכת מיקום גלובלית במתחם סגור.
-
1:12 - 1:14היא משמשת לאיתור עצמים במרחב
-
1:14 - 1:16שנושאים עליהם סמנים מחזירים אלה.
-
1:16 - 1:19נתונים הללו משוגרים למחשב נייד אחר
-
1:19 - 1:21שמריץ אלגוריתמים של אומדן ובקרה,
-
1:21 - 1:23שבתורו שולח פקודות לכלי-הטיס,
-
1:23 - 1:26שאף הוא מריץ אלגוריתמי אומדן ובקרה.
-
1:30 - 1:32הנתח העיקרי של המחקר
שלנו הוא אלגוריתמים. -
1:32 - 1:35הם הקסם שמעורר לחיים את הכלים הללו.
-
1:36 - 1:40אז כיצד בונים את האלגוריתמים
שיוצרים את האתלט המכני? -
1:41 - 1:43אנו משתמשים במה שנקרא
בגדול תכנון מבוסס-מודלים. -
1:44 - 1:45תחילה אנו מנתחים את הפיזיקה
-
1:45 - 1:48בעזרת מודל מתמטי של איך המכונה מתנהגת.
-
1:49 - 1:53לאחר-מכן אנו משתמשים בענף מתמטי
שנקרא תאוריית בקרה -
1:53 - 1:54כדי לנתח מודלים אלה
-
1:54 - 1:57וגם כדי למזג אלגוריתמים בשביל לשלוט בהם.
-
1:58 - 2:01לדוגמא, כך אנו גורמים לכלי לרחף.
-
2:01 - 2:04תחילה הכרנו את הכוחות והתנועות
בעזרת מערכת משוואות דיפרנציאליות. -
2:04 - 2:08לאחר-מכן שינינו משוואות אלו
בעזרת תאוריית בקרה -
2:08 - 2:11כדי ליצור אלגוריתמים אשר מייצבים את הכלי.
-
2:11 - 2:13אציג עכשיו את יתרונות הגישה הזו.
-
2:17 - 2:20נניח שאנו רוצים
שהכלי הזה לא רק ירחף -
2:20 - 2:22אלא גם יחזיק מוט זה בשיווי-משקל.
-
2:23 - 2:24עם קצת תרגול,
-
2:24 - 2:27זה די קל לאדם לבצע זאת,
-
2:27 - 2:30גם בגין היתרון של שתי רגלינו על הקרקע
-
2:30 - 2:32ובגין השימוש בידינו
בעלות היכולות הרב-גוניות. -
2:33 - 2:36זה הופך לקצת יותר קשה
-
2:36 - 2:38כאשר יש לי רק רגל אחת על הקרקע
-
2:38 - 2:39ואיני משתמש בידיי.
-
2:41 - 2:43שימו לב שלמוט זה מוצמד סמן למעלה,
-
2:43 - 2:46שזה אומר שניתן לאתר את מיקומו במרחב.
-
2:52 - 2:53(קהל) אוה!
-
2:53 - 2:55(מחיאות כפיים)
-
2:58 - 2:59(מחיאות כפיים מסתיימות)
-
2:59 - 3:02ניתן לראות שכלי זה
עושה תיקונים קלים -
3:02 - 3:03כדי לשמור על איזון המוט.
-
3:04 - 3:06כיצד בנינו את האלגוריתמים העושים זאת?
-
3:07 - 3:09הוספנו את המודל המתמטי של המוט
-
3:09 - 3:11לזה של המסוק.
-
3:11 - 3:14ברגע שיש את המודל
המשולב של מערכת מסוק-מוט, -
3:14 - 3:17ניתן להשתמש בתיאוריית בקרה
כדי ליצור אלגוריתמים שישלטו בה. -
3:19 - 3:20הנה, ניתן לראות שהוא יציב,
-
3:20 - 3:23ולמרות אני נותן לו מכות קלות,
-
3:23 - 3:24הוא חוזר
-
3:26 - 3:27למצב של שיווי-משקל.
-
3:28 - 3:29אנו גם יכולים להרחיב את המודל
-
3:30 - 3:32שיכלול את מיקומו
הרצוי לנו של הכלי במרחב. -
3:32 - 3:35בעזרת מצביע זה שעשוי מסמנים מחזירים,
-
3:35 - 3:38אפשר להצביע על המיקום
הרצוי לנו של הכלי במרחב, -
3:38 - 3:39במרחק הקבוע מראש ממני.
-
3:48 - 3:50(צחוק)
-
3:56 - 3:59המפתח לתמרונים האקרובטיים
הללו הם אלגוריתמים, -
3:59 - 4:01שנבנו בעזרת מודלים מתמטיים
-
4:01 - 4:02ותאוריית בקרה.
-
4:03 - 4:05כעת נאמר למסוק לחזור לכאן
-
4:05 - 4:07ונתן למוט ליפול.
-
4:07 - 4:09אתאר כעת את החשיבות
-
4:09 - 4:11שבהבנת המודלים הפיזיקליים
-
4:11 - 4:13ושל דרך-הפעולה של העולם הפיזי.
-
4:25 - 4:29שימו לב איך הכלי איבד גובה
כשהנחתי עליו כוס מים. -
4:29 - 4:31שלא כמו המוט המאוזן,
-
4:31 - 4:34לא הכללתי
את המודל המתמטי של הכוס. -
4:34 - 4:35במערכת
-
4:35 - 4:38למעשה, המערכת אפילו אינה יודעת
שכוס המים נמצאת עליה. -
4:38 - 4:41כמו מקודם, יכולתי להשתמש
במצביע כדי לומר למסוק -
4:41 - 4:42היכן אני רוצה שהוא ישהה במרחב.
-
4:46 - 4:47(מחיאות כפיים)
-
4:52 - 4:53(מחיאות כפיים מסתיימות)
-
4:54 - 4:55אתם צריכים לשאול את עצמכם,
-
4:55 - 4:57כיצד המים לא נשפכים מהכוס?
-
4:58 - 4:59שתי עובדות:
-
4:59 - 5:03הראשונה היא שכוח-המשיכה פועל
על כל העצמים באותו אופן. -
5:03 - 5:05השנייה הוא שהרוטורים כולם מצביעים
-
5:05 - 5:08באותו כיוון של הכוס, מכוונים מעלה.
-
5:09 - 5:10כאשר מחברים את שני הדברים,
התוצאה הסופית היא -
5:10 - 5:14שכל הכוחות המשניים על הכוס הם קטנים
-
5:14 - 5:16ומושפעים בעיקר מאפקטים אווירודינמיים,
-
5:16 - 5:18שבמהירויות אלו הם זניחים.
-
5:23 - 5:26וזו הסיבה מדוע אין צורך לבנות מודל לכוס.
-
5:26 - 5:28באופן טבעי המים לא נשפכים
ולא משנה מה המסוק עושה. -
5:32 - 5:35(קהל) אוה!
-
5:38 - 5:40(מחיאות כפיים)
-
5:43 - 5:44(מחיאות כפיים מסתיימות)
-
5:46 - 5:47הלקח כאן
-
5:47 - 5:51הוא שחלק מהמשימות הדורשות
ביצועים גבוהים הן קלות יותר מאחרות, -
5:51 - 5:53ושההבנה הפיזיקלית של הבעיה
-
5:53 - 5:56אומרת לנו אלו בעיות
הן קלות ואלו קשות. -
5:56 - 5:59במקרה זה, לשאת כוס מים זה קל.
-
5:59 - 6:00לשמור על שיווי-משקל של מוט זה קשה.
-
6:02 - 6:06כולנו שמענו סיפורים על ספורטאים
שמגיעים להישגים גבוהים בעודם פצועים. -
6:06 - 6:10האם גם מכונה מסוגלת
לביצועים כאשר יש לה נזק חמור? -
6:11 - 6:12הדעה המקובלת היא
-
6:12 - 6:16שצריך לפחות 4 זוגות של רוטורים כדי לטוס,
-
6:16 - 6:19מכיוון שיש 4 דרגות חופש שצריך לשלוט בהן:
-
6:19 - 6:21גלגול, עלרוד, סיבסוב ותאוצה.
-
6:21 - 6:24למסוקים בעלי 6 ו-8 רוטורים,
-
6:24 - 6:26יש יתירות,
-
6:26 - 6:28אבל מסוקי-רביעייה הרבה יותר נפוצים
-
6:28 - 6:32כי יש להם את המספר המינימלי של רוטורים: 4
-
6:32 - 6:33האמנם?
-
6:41 - 6:42(קהל) אןה!
-
6:42 - 6:43(צחוק)
-
6:49 - 6:52כאשר מנתחים את המודל המתמטי של מכונה זו
-
6:52 - 6:54עם שני רוטורים פועלים בלבד,
-
6:54 - 6:57מגלים שיש דרך יוצאת-דופן להטיסה.
-
7:08 - 7:10מוותרים על השליטה בסיבסוב,
-
7:10 - 7:13אבל עדיין ניתן לשלוט בגלגול, עלרוד ותאוצה
-
7:13 - 7:16באמצעות אלגוריתמים
המנצלים תצורה חדשה זו. -
7:22 - 7:26מודלים מתמטיים אומרים לנו בדיוק
מתי וכיצד זה אפשרי. -
7:26 - 7:29במקרה זה, ידע כזה מאפשר לנו לתכנן
-
7:29 - 7:31כלי-טיס בעלי צורות חדשניות
-
7:31 - 7:35או לבנות אלגוריתמים חכמים
המתמודדים ביעילות עם נזק, -
7:35 - 7:37ממש כמו ספורטאים אנושיים,
-
7:37 - 7:39במקום לבנות כלי-טיס
עם מערכות כפולות לגיבוי. -
7:41 - 7:42אין אנו יכולים שלא לעצור את נשימותינו
-
7:42 - 7:45כאשר אנו צופים בקופץ
לבריכה עושה סלטות באויר, -
7:45 - 7:47או כאשר קופץ במוט מסתחרר באויר,
-
7:47 - 7:49בהתקרבם במהירות לקרקע.
-
7:49 - 7:51האם הקופץ לבריכה יימנע
מכניסה חזיתית למים? -
7:51 - 7:53האם הקופץ במוט ינחת בשלום?
-
7:53 - 7:56נניח שברצוננו שהכלי הזה יבצע גילגול משולש
-
7:56 - 7:59ויסיים באותה נקודה שבה התחיל.
-
8:00 - 8:02תימרון זה יתבצע כה מהר
-
8:02 - 8:06שאין אפשרות להשתמש במשוב לגבי מיקום
כדי לבצע תיקוני תנועה במהלך הטיסה. -
8:06 - 8:07פשוט אין מספיק זמן.
-
8:08 - 8:11במקום זה, הכלי יכול
לבצע את התימרון על עיוור, -
8:11 - 8:14להבין כיצד התימרון מסתיים,
-
8:14 - 8:16ואז להשתמש במידע כדי לתקן את התנהגותו
-
8:16 - 8:18כך שהגילגול הבא ישתפר.
-
8:18 - 8:20בדומה לקופץ לבריכה או הקופץ במוט,
-
8:20 - 8:22רק באמצעות תירגולים חוזרים
-
8:22 - 8:24ניתן ללמוד את התימרון
-
8:24 - 8:26ולבצעו ברמה הגבוהה ביותר.
-
8:33 - 8:34(צחוק)
-
8:34 - 8:38(מחיאות כפיים)
-
8:39 - 8:43היכולת לחבוט בכדור שנע
חיונית בענפי ספורט רבים. -
8:43 - 8:45כיצד ניתן לגרום למכונה
-
8:45 - 8:47לעשות את מה שהספורטאים
עושים לכאורה ללא מאמץ? -
8:58 - 8:59(צחוק)
-
9:04 - 9:06(מחיאות כפיים)
-
9:08 - 9:10(מחיאות כפיים מסתיימות)
-
9:11 - 9:13למסוק זה יש מחבט המוצמד לראשו,
-
9:13 - 9:17בעל משטח החזרה בערך בגודל תפוח,
שזה לא גדול במיוחד. -
9:17 - 9:20החישובים הבאים נערכים כל 20 מילישניות,
-
9:20 - 9:21או 50 פעם בשניה.
-
9:22 - 9:24תחילה אנו מחשבים לאן הכדור נע.
-
9:24 - 9:27לאחר-מכן מחשבים כיצד
המסוק צריך לפגוע בכדור -
9:27 - 9:30כך שיעוף בחזרה
לאותו מקום שממנו יצא. -
9:30 - 9:34שלישית, מחושב המסלול
שמוביל את המסוק מהמיקום -
9:34 - 9:37הנוכחי שלו לנקודת המפגש עם הכדור.
-
9:37 - 9:41רביעית, אנו מוציאים לפועל
רק 20 מילישניות מתוך אותו חישוב. -
9:41 - 9:44בעוד 20 מילישניות, חוזרים על כל התהליך
-
9:44 - 9:46עד שהמסוק מכה את הכדור בחזרה.
-
9:55 - 9:58(מחיאות כפיים)
-
9:58 - 10:02הכלים לא רק מבצעים
תימרונים דינמיים באופן עצמאי, -
10:02 - 10:03הם אף יכולים לעשות זאת בצוותא.
-
10:03 - 10:07שלושת המסוקים הללו נושאים בצוותא רשת.
-
10:16 - 10:17(מחיאות כפיים)
-
10:20 - 10:22(מחיאות כפיים מסתיימות)
-
10:22 - 10:26הם מבצעים בצוותא
תימרון חד באופן קיצוני -
10:26 - 10:28כדי לשגר את הכדור בחזרה אליי.
-
10:28 - 10:31שימו לב שבמתיחה המכסימלית,
המסוקים במצב אנכי. -
10:36 - 10:38(מחיאות כפיים)
-
10:38 - 10:40בעצם, במתיחה המכסימלית,
-
10:40 - 10:44זה בערך פי-5 יותר חזק ממה שחש קופץ באנג'י
-
10:44 - 10:46בסוף קפיצתו.
-
10:51 - 10:54האלגוריתמים שמבצעים זאת
-
10:54 - 10:57דומים מאוד לאלו ששימשו
להכות בכדור בחזרה אליי. -
10:57 - 11:00מודלים מתמטיים משמשים לתיכנון
-
11:00 - 11:03מחזורי ומתמשך של אסטרטגייה
משותפת 50 פעם בשניה. -
11:05 - 11:09כל מה שראינו עד עתה
היה קשור במכונות וביכולותיהן. -
11:09 - 11:12מה קורה כאשר מזווגים את
היכולת הספורטיבית של מכונה זו -
11:12 - 11:13עם זו של האדם?
-
11:14 - 11:17מה שמונח לפניי זה חיישן
מסחרי של תנועות אנושיות -
11:17 - 11:19אשר משמש בעיקר במשחקים.
-
11:19 - 11:21הוא מסוגל לזהות בזמן-אמת
מה האיברים השונים של גופי -
11:21 - 11:22עושים בזמן אמת.
-
11:23 - 11:25בדומה למצביע בו השתמשתי מקודם,
-
11:25 - 11:27ניתן להשתמש בזה כקלט של המערכת.
-
11:27 - 11:30כעת יש בידינו דרך טבעית לתקשר
-
11:30 - 11:33עם היכולת האתלטית הגולמית
של המסוקים הללו לבין פעולות הגוף שלי. -
12:11 - 12:15(מחיאות כפיים)
-
12:24 - 12:26המגע אינו חייב להיות וירטואלי.
-
12:26 - 12:28הוא יכול להיות פיזי.
-
12:28 - 12:30ניקח לדוגמא מסוק זה.
-
12:30 - 12:32הוא מנסה להישאר בנקודה קבועה בחלל.
-
12:33 - 12:37אם אני מנסה להסיטו ממקומו, הוא מתנגד
-
12:37 - 12:39ונע בחזרה להיכן שהוא רוצה להיות.
-
12:40 - 12:42אבל ניתן לשנות התנהגות זו.
-
12:43 - 12:45אנו יכולים להשתמש במודלים מתמטיים
-
12:45 - 12:48כדי לאמוד את הכוח שאני מפעיל על המסוק.
-
12:48 - 12:51ברגע שיודעים את הכוח,
ניתן גם לשנות את -
12:51 - 12:54חוקי הפיזיקה, ככל שזה נוגע למסוק כמובן.
-
12:56 - 12:59כאן המסוק מתנהג כאילו
הוא נמצא בנוזל צמיג. -
13:03 - 13:06כעת יש לנו יכולת ליצירת
מגע הדוק עם המכונה. -
13:07 - 13:09אשתמש ביכולת חדשה זו כדי למקם
-
13:09 - 13:12את המסוק הזה שנושא מצלמה במיקום מתאים
-
13:12 - 13:14כדי לצלם את מה שנותר מהתצוגה.
-
13:25 - 13:27אנו מסוגלים לבוא במגע פיזי עם המסוקים
-
13:27 - 13:29ואנו מסוגלים לשנות את חוקי הפיזיקה.
-
13:29 - 13:31הבה נהנה מזה קצת.
-
13:32 - 13:33מה שתראו עכשיו, מסוקים הללו
-
13:33 - 13:36יתנהגו תחילה כאילו הם נמצאים על פלוטו.
-
13:37 - 13:39עם חלוף הזמן, כוח-המשיכה יוגבר
-
13:39 - 13:41עד שהם יהיו בחזרה על כדור-הארץ,
-
13:41 - 13:43אבל אני מבטיחכם שלא נגיע לשם.
-
13:43 - 13:44טוב, הנה זה מתחיל.
-
13:53 - 13:54(צחוק)
-
14:23 - 14:26(צחוק)
-
14:26 - 14:30(מחיאות כפיים)
-
14:30 - 14:31יו!
-
14:35 - 14:36כולכם ודאי חושבים עכשיו,
-
14:36 - 14:38אנשים אלה נהנים יותר מדי,
-
14:38 - 14:40וקרוב לודאי אתם שואלים את עצמכם,
-
14:40 - 14:43מדוע הם בכלל בונים אתלטים מכניים?
-
14:44 - 14:47יש האומרים שתפקיד המשחק בממלכת החיות
-
14:47 - 14:49הוא להשחיז כישורים ולפתח יכולות.
-
14:50 - 14:52אחרים סבורים שיש לו יותר תפקיד חברתי,
-
14:52 - 14:54שהוא משמש לגיבוש הקבוצה.
-
14:54 - 14:57באופן דומה, אנו משתמשים
באנלוגיה של ספורט ואתלטיות -
14:57 - 14:59כדי ליצור אלגוריתמים חדשים למכונות
-
14:59 - 15:00ולהביאן לקצה גבול יכולתן.
-
15:01 - 15:04איזו השפעה תהיה למהירות
של המכונות על דרך חיינו? -
15:05 - 15:07כמו כל יצירותינו והמצאותינו בעבר,
-
15:07 - 15:10ניתן להשתמש בהן לשיפור התנאים האנושיים
-
15:10 - 15:12או ניתן להשתמש בהן לרעה.
-
15:13 - 15:15אין זו בחירה טכנולוגית שאנו עומדים בפניה;
-
15:15 - 15:16זוהי בחירה חברתית-מוסרית.
-
15:16 - 15:18הבה נעשה את הבחירה הנכונה,
-
15:18 - 15:21הבחירה שמוציאה את המיטב
מעתידן של המכונות הללו, -
15:21 - 15:24בדיוק כמו שאתלטיות בספורט
יכולה להוציא את המיטב מתוכנו. -
15:24 - 15:27אציג בפניכם את אשפי
המחשב שמאחורי המסך הירוק. -
15:27 - 15:31הם החברים הנוכחיים בקבוצת
המחקר "זירת המכונות המעופפות". -
15:31 - 15:35(מחיאות כפיים)
-
15:35 - 15:38פדריקו איוגוגליאריו, דאריו ברסיאניני,
מרכוס הן, -
15:38 - 15:41סרג'יי לופאשין, מארק מולר ורובין ריטס.
-
15:41 - 15:44הסתכלו עליהם. הם נועדו לגדולות.
-
15:44 - 15:45תודה לכם.
-
15:45 - 15:48(מחיאות כפיים)
- Title:
- רפאלו דה-אנדריאה: העוצמה האתלטית המדהימה של מסוקי-ארבעה-רוטורים
- Speaker:
- Raffaello D'Andrea
- Description:
-
במעבדת רובוטיקה של TEDGlobal, רפאלו דה-אנדריאה מציג את מסוקי-הרביעייה שלו: רובוטים שחושבים כמו אתלטים בעודם פותרים בעיות פיזיקליות בעזרת אלגוריתמים אשר מסייעים להם ללמוד. בסדרה של תצוגות מרהיבות, ד'אנדריאה מציג כלי-טיס אשר מתמסרים בכדור, שומרים על שיווי-משקל ומקבלים החלטות במשותף -- שימו לב לתצוגה הנחשקת של מסוקי-רביעייה הנשלטים באמצעות בקרת-קינקט.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 16:08
Ido Dekkers edited Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ido Dekkers approved Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ido Dekkers accepted Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ido Dekkers edited Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ido Dekkers edited Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Yubal Masalker edited Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Yubal Masalker edited Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Yubal Masalker edited Hebrew subtitles for The astounding athletic power of quadcopters |