O formidável poder atlético dos quadricópteros
-
0:12 - 0:14O que significa para uma máquina
ser atlética? -
0:15 - 0:18Nós iremos demonstrar o conceito
de agilidade na máquina -
0:18 - 0:20e a investigação para o conseguir
-
0:20 - 0:22com a ajuda destas máquinas voadoras
chamadas quadricópteros, -
0:22 - 0:24ou "quads", abreviando.
-
0:26 - 0:29Os "quads" já existem há bastante tempo.
-
0:29 - 0:30A razão de serem tão populares hoje em dia
-
0:30 - 0:32é serem mecanicamente simples.
-
0:32 - 0:34Controlando a velocidade
destas quatro hélices, -
0:34 - 0:38estas máquinas podem
rodar, inclinar, guinar, -
0:38 - 0:40e acelerar na orientação comum.
-
0:40 - 0:43A bordo estão também
uma bateria, um computador, -
0:43 - 0:46vários sensores e rádios sem fio.
-
0:47 - 0:52Os "quads" são extremamente ágeis,
mas a sua agilidade tem um custo. -
0:52 - 0:56Eles são naturalmente instáveis,
e precisam de alguma forma -
0:56 - 0:58de um controlo automático de resposta
para poderem voar. -
1:04 - 1:07Então, como é que ele fez isto?
-
1:07 - 1:09Câmaras no teto e um portátil
-
1:09 - 1:12servem como um sistema
de posicionamento global de interior. -
1:12 - 1:14É usado para localizar objetos no espaço
-
1:14 - 1:17que tenham marcas refletoras
-
1:17 - 1:19Estes dados são então enviados
para outro portátil -
1:19 - 1:21que está a executar algoritmos
de estimativa e controlo -
1:21 - 1:23que, por sua vez,
envia comandos para o "quad", -
1:23 - 1:26que também está a executar
algoritmos de estimativa e controlo. -
1:30 - 1:32A maior parte da nossa investigação
são os algoritmos. -
1:32 - 1:35São a magia que dá vida
a estas máquinas. -
1:37 - 1:39Como desenhar algoritmos
-
1:39 - 1:41que criam uma máquina-atleta?
-
1:41 - 1:44Usamos algo genericamente designado
por desenho baseado em modelos. -
1:44 - 1:47Primeiro, captamos a física
com um modelo matemático -
1:47 - 1:49de como a máquina se comporta.
-
1:49 - 1:51Depois usamos um ramo da matemática
-
1:51 - 1:54designado "teoria de controlo"
para analisar estes modelos -
1:54 - 1:58e também para desenvolver
algoritmos para os controlar. -
1:58 - 2:01Por exemplo, é assim que podemos
fazer o "quad" pairar. -
2:01 - 2:02Primeiro captamos a dinâmica
-
2:02 - 2:04com um conjunto de equações diferenciais.
-
2:04 - 2:08Depois manipulamos essas equações
com a ajuda da teoria de controlo -
2:08 - 2:11para criar algoritmos
que estabilizam o "quad". -
2:11 - 2:14Deixem-me demonstrar
o poder desta abordagem. -
2:17 - 2:20Suponham que queremos
que este "quad" não paire apenas -
2:20 - 2:22mas que balance este bastão.
-
2:23 - 2:24Com alguma prática,
-
2:24 - 2:27é muito simples
para um ser humano fazer isto, -
2:27 - 2:29embora tenhamos a vantagem
-
2:29 - 2:30de ter os dois pés no chão
-
2:30 - 2:33e o uso das nossas mãos muito versáteis.
-
2:33 - 2:36Torna-se um pouco mais difícil
-
2:36 - 2:38quando só tenho um pé no chão
-
2:38 - 2:40e quando não uso as minhas mãos.
-
2:41 - 2:43Reparem que o bastão tem uma marca
refletora no topo, -
2:43 - 2:46que lhe permite ser localizado no espaço.
-
2:53 - 2:57(Aplausos)
-
2:59 - 3:02Podem verificar que este "quad"
está a fazer ligeiros ajustes -
3:02 - 3:04para manter o bastão equilibrado.
-
3:05 - 3:07Como desenhámos o algoritmo
para fazer isto? -
3:07 - 3:10Acrescentámos o modelo
matemático do bastão ao do "quad". -
3:11 - 3:14Depois de termos um modelo
do sistema "quad"-bastão -
3:14 - 3:17podemos usar a teoria de controlo
para criar algoritmos. -
3:19 - 3:20Aqui, veem que está estável,
-
3:20 - 3:23e mesmo que dê alguns toques,
-
3:23 - 3:28ele regressa à posição equilibrada.
-
3:28 - 3:30Também podemos aumentar
o modelo e incluir -
3:30 - 3:33em que ponto do espaço
queremos o "quad". -
3:33 - 3:35Usando este ponteiro,
feito de marcas refletoras, -
3:35 - 3:38posso indicar o ponto do espaço
onde quero que o "quad" esteja -
3:38 - 3:41a uma dada distância de mim.
-
3:56 - 3:59A chave para estas manobras
acrobáticas são os algoritmos, -
3:59 - 4:01criados com a ajuda
de modelos matemáticos -
4:01 - 4:03e teoria de controlo.
-
4:03 - 4:06Vamos dizer ao "quad" que volte aqui
-
4:06 - 4:07e deixe cair o bastão
-
4:07 - 4:09e a seguir vou demonstrar a importância
-
4:09 - 4:11de se perceberem os modelos físicos
-
4:11 - 4:14e o funcionamento do mundo físico.
-
4:26 - 4:27Reparem como o "quad" perdeu altitude
-
4:27 - 4:29quando lhe coloquei este copo de água.
-
4:29 - 4:31Ao contrário do bastão,
-
4:31 - 4:35eu não incluí o modelo matemático
do copo no sistema. -
4:35 - 4:38De facto, o sistema nem sabe
que o copo de água está lá. -
4:38 - 4:41Como antes, posso usar o ponteiro
para dizer ao "quad" -
4:41 - 4:43em que ponto do espaço
quero que esteja. -
4:45 - 4:49(Aplausos)
-
4:54 - 4:56Bem, devem estar a questionar-se:
-
4:56 - 4:58"Porque é que a água não cai do copo?"
-
4:58 - 5:01Dois factos: o primeiro, é que a gravidade
-
5:01 - 5:03atua em todos os objetos
do mesmo modo. -
5:03 - 5:06O segundo, é que as hélices apontam todas
-
5:06 - 5:09na mesma direção do copo, para cima.
-
5:09 - 5:11Juntando estes dois factos,
o resultado é que -
5:11 - 5:13todas a forças laterais
no copo são reduzidas -
5:13 - 5:16e são essencialmente controladas
pelos efeitos aerodinâmicos, -
5:16 - 5:19que, a estas velocidades,
são menosprezáveis. -
5:24 - 5:26E é por isso que não é preciso
o modelo do copo. -
5:26 - 5:29Ele naturalmente não entorna,
faça o "quad" o que fizer. -
5:39 - 5:42(Aplausos)
-
5:46 - 5:50A lição aqui é que algumas
tarefas de alto desempenho -
5:50 - 5:51são mais fáceis que outras,
-
5:51 - 5:54E que, percebendo
a física do problema, -
5:54 - 5:56podemos saber quais são fáceis
e quais são difíceis -
5:56 - 5:59Neste momento, transportar
um copo de água é fácil. -
5:59 - 6:01Equilibrar um bastão é difícil.
-
6:02 - 6:04Todos ouvimos histórias de atletas
-
6:04 - 6:06que realizam feitos estando lesionados.
-
6:06 - 6:08Pode uma máquina funcionar
-
6:08 - 6:10com um dano físico extremo?
-
6:11 - 6:12O bom senso diz que são necessárias
-
6:12 - 6:16pelo menos quatro pares de hélices
fixas para se poder voar, -
6:16 - 6:18porque há quatro graus
de liberdade a controlar: -
6:18 - 6:21rotação, inclinação, guinada e aceleração.
-
6:21 - 6:24Os hexacópteros e os octocópteros,
com seis e oito hélices, -
6:24 - 6:26podem ter redundância,
-
6:26 - 6:28mas os quadricópteros são
muito mais populares -
6:28 - 6:30porque têm o número mínimo
-
6:30 - 6:33de pares de hélices fixas: quatro.
-
6:33 - 6:34Ou não?
-
6:49 - 6:52Se analisarmos o modelo
matemático desta máquina -
6:52 - 6:54com apenas duas hélices a funcionar,
-
6:54 - 6:58descobrimos que há uma forma
não convencional de ele voar. -
7:08 - 7:10Prescindimos do controlo de guinada,
-
7:10 - 7:13mas a rotação, inclinação e aceleração
podem ainda ser controladas -
7:13 - 7:16com algoritmos que exploram
esta nova configuração. -
7:22 - 7:24Os modelos matemáticos
dizem-nos exatamente -
7:24 - 7:26quando e porque é que isto é possível.
-
7:26 - 7:29Neste momento, este conhecimento
permite-nos desenhar -
7:29 - 7:31novas arquiteturas para as máquinas
-
7:31 - 7:35ou desenhar algoritmos mais espertos
que gerem graciosamente os estragos, -
7:35 - 7:37tal como fazem os atletas humanos,
-
7:37 - 7:39em vez de construirmos
máquinas com redundância. -
7:41 - 7:43Não evitamos suster a respiração
quando observamos -
7:43 - 7:45um mergulhador saltar para a água
-
7:45 - 7:47ou quando um saltador rodopia no ar,
-
7:47 - 7:49com o chão a aproximar-se
rapidamente. -
7:49 - 7:51Conseguirá o mergulhador
fazer uma boa entrada? -
7:51 - 7:53Conseguirá o saltador
aterrar em pé? -
7:53 - 7:55Suponham que queremos
que este "quad" -
7:55 - 7:57execute uma cambalhota tripla
-
7:57 - 8:00e termine exatamente
no ponto em que começou. -
8:00 - 8:02Esta manobra será tão rápida
-
8:02 - 8:04que não conseguimos
usar "feedback" de posição -
8:04 - 8:06para corrigir o movimento
durante a execução. -
8:06 - 8:08Simplesmente não há tempo suficiente.
-
8:08 - 8:11Em vez disso, o que o "quad" pode fazer
é executar a manobra às cegas, -
8:11 - 8:14verificar como termina a manobra,
-
8:14 - 8:17e usar essa informação para modificar
o seu comportamento -
8:17 - 8:19para que a próxima cambalhota
seja melhor. -
8:19 - 8:21Tal como o mergulhador e o saltador
-
8:21 - 8:22é apenas através de prática repetida
-
8:22 - 8:24que a manobra pode ser
aprendida e executada -
8:24 - 8:26ao mais alto nível.
-
8:35 - 8:38(Aplausos)
-
8:39 - 8:41Atingir uma bola em movimento
-
8:41 - 8:44é uma habilidade
necessária em muitos desportos. -
8:44 - 8:45Como conseguimos que uma máquina
-
8:45 - 8:47faça o que um atleta faz
aparentemente sem esforço? -
9:04 - 9:08(Aplausos)
-
9:11 - 9:14Este "quad" tem uma raqueta
presa no topo -
9:14 - 9:17com um ponto central quase do tamanho
de uma maçã, não muito grande. -
9:17 - 9:20Estes cálculos são feitos cada
20 milissegundos, -
9:20 - 9:22ou 50 vezes por segundo.
-
9:22 - 9:25Primeiro, descobrimos
a trajetória da bola. -
9:25 - 9:27Depois, calculamos como o "quad"
deve bater a bola -
9:27 - 9:30para que ela voe para o local
de onde foi lançada. -
9:30 - 9:34Terceiro, é planeada uma trajetória
que leva o "quad" -
9:34 - 9:38do seu estado atual ao ponto
de impacto com a bola. -
9:38 - 9:41Quarto, só executamos 20 milissegundos
dessa estratégia. -
9:41 - 9:44Vinte milissegundos depois,
todo o processo é repetido -
9:44 - 9:46até que o "quad" atinja a bola.
-
9:56 - 9:58(Aplausos)
-
9:58 - 10:02As máquinas não executam apenas
manobras dinâmicas sozinhas, -
10:02 - 10:04podem fazê-lo em conjunto.
-
10:04 - 10:07Estes três "quads" transportam
cooperativamente uma rede. -
10:17 - 10:20(Aplausos)
-
10:22 - 10:24Eles executam uma manobra
-
10:24 - 10:26extremamente dinâmica e coletiva
-
10:26 - 10:28para me devolverem a bola.
-
10:28 - 10:32Reparem que, na extensão máxima,
estes "quads" estão na vertical. -
10:36 - 10:38(Aplausos)
-
10:38 - 10:41De facto, na extensão máxima,
-
10:41 - 10:43é cerca de cinco vezes mais
do que um "bungee jumper" sente -
10:43 - 10:46no fim do seu salto.
-
10:51 - 10:54Os algoritmos para fazer isto
são muito semelhantes -
10:54 - 10:57ao usado por um único "quad"
para me devolver a bola. -
10:57 - 11:01São usados modelos matemáticos
para replanear continuamente -
11:01 - 11:04uma estratégia cooperativa
50 vezes por segundo. -
11:04 - 11:06Tudo o que vimos até agora
-
11:06 - 11:09foi sobre as máquinas
e suas capacidades. -
11:09 - 11:12O que sucede quando ligamos
a agilidade desta máquina -
11:12 - 11:14à de um ser humano?
-
11:14 - 11:18O que tenho aqui é um sensor
comercial de gestos -
11:18 - 11:19usado essencialmente nos jogos.
-
11:19 - 11:21Pode reconhecer o que as várias
partes do meu corpo -
11:21 - 11:23fazem em tempo real.
-
11:23 - 11:25Tal como o ponteiro que usei antes,
-
11:25 - 11:27podemos usar este
como entrada para o sistema. -
11:27 - 11:30Temos assim uma forma natural de interagir
-
11:30 - 11:34com a agilidade destes "quads"
através dos meus gestos. -
12:11 - 12:15(Aplausos)
-
12:24 - 12:28A interação não tem que ser virtual.
Pode ser física. -
12:28 - 12:30Considerem este "quad", por exemplo.
-
12:30 - 12:33Está a tentar manter-se
num ponto fixo no espaço. -
12:33 - 12:37Se eu tentar deslocá-lo,
ele contraria-me. -
12:37 - 12:39e regressa ao ponto onde quer estar.
-
12:40 - 12:43Podemos, porém, alterar este comportamento.
-
12:43 - 12:45Podemos usar modelos matemáticos
-
12:45 - 12:48para estimar a força
que aplico a este "quad". -
12:48 - 12:51Uma vez conhecida esta força,
podemos alterar as leis da física -
12:51 - 12:55no que diz respeito ao "quad", claro.
-
12:56 - 12:58Agora o "quad" comporta-se
como se estivesse -
12:58 - 13:00num fluido viscoso.
-
13:03 - 13:05Temos agora um modo profundo
-
13:05 - 13:07de interagir com uma máquina.
-
13:07 - 13:09Usarei esta nova capacidade
para posicionar -
13:09 - 13:12este "quad" com câmara no local apropriado
-
13:12 - 13:15para filmar o resto desta demonstração.
-
13:25 - 13:27Então podemos interagir
fisicamente com estes "quads" -
13:27 - 13:30e podemos alterar as leis da física.
-
13:30 - 13:32Vamos divertir-nos um pouco com isto.
-
13:32 - 13:34No que vão ver a seguir, estes "quads"
-
13:34 - 13:37vão primeiro comportar-se
como se estivessem em Plutão. -
13:37 - 13:39Ao longo do tempo, a gravidade
vai ser aumentada -
13:39 - 13:41até regressarmos todos ao planeta Terra.
-
13:41 - 13:44mas garanto-vos que não chegaremos lá.
-
13:44 - 13:45Ok, aqui vai.
-
13:54 - 13:55(Risos)
-
14:23 - 14:25(Risos)
-
14:26 - 14:29(Aplausos)
-
14:30 - 14:31Ufa!
-
14:36 - 14:37Neste momento, estão todos a pensar:
-
14:37 - 14:39"Este tipos têm diversão a mais",
-
14:39 - 14:41e estão talvez a questionar-se:
-
14:41 - 14:44"Porque estão a construir
máquinas-atletas?" -
14:44 - 14:47Alguns conjeturam que o papel
do jogo no reino animal -
14:47 - 14:50é aperfeiçoar habilidades
e desenvolver capacidades. -
14:50 - 14:52Outros pensam que tem
uma função mais social, -
14:52 - 14:53que é usada para unir o grupo.
-
14:53 - 14:57De igual modo, usamos a analogia
do desporto e da agilidade -
14:57 - 14:59para criar algoritmos para as máquinas,
-
14:59 - 15:01para as levar aos seus limites.
-
15:01 - 15:05Que impacto terá a rapidez das máquinas
no nosso modo de vida? -
15:05 - 15:07Tal como as nossas criações
e inovações do passado, -
15:07 - 15:10podem ser usadas para melhorar
a condição humana -
15:10 - 15:13ou podem ser usadas
de modo errado ou abusivo. -
15:13 - 15:16A escolha que enfrentamos
não é técnica, mas social. -
15:16 - 15:18Façamos a opção correta,
-
15:18 - 15:20a opção que revela o melhor
no futuro das máquinas, -
15:20 - 15:22tal como a agilidade no desporto
-
15:22 - 15:24pode revelar o melhor em nós.
-
15:24 - 15:27Deixem-me apresentar-vos os feiticeiros
por detrás da cortina verde. -
15:27 - 15:31São os atuais membros da equipa
de investigação Arena das Máquinas Voadoras -
15:31 - 15:35(Aplausos)
-
15:35 - 15:38Federico Augugliaro,
Dario Brescianini, Markus Hehn, -
15:38 - 15:41Sergei Lupashin, Mark Muller e Robin Ritz.
-
15:41 - 15:43Olhem para eles.
Estão destinados a grandes feitos. -
15:43 - 15:44Obrigado.
-
15:44 - 15:48(Aplausos)
- Title:
- O formidável poder atlético dos quadricópteros
- Speaker:
- Raffaello D'Andrea
- Description:
-
Num laboratório robótico na TEDGlobal, Raffaelo D'Andrea apresenta os seus quadricópteros voadores: robôs que pensam como atletas, resolvendo problemas com algoritmos que os ajudam a aprender. Numa série de elegantes demonstrações, D'Andrea mostra "drones" que apanham bolas, equilibram bastões e tomam decisões em conjunto — e preparem-se para uma demonstração tipo “também quero” de "quads" controlados por Kinect.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 16:08
Isabel Vaz Belchior approved Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Isabel Vaz Belchior edited Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Isabel Vaz Belchior edited Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Isabel Vaz Belchior edited Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Margarida Ferreira accepted Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Margarida Ferreira edited Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Margarida Ferreira edited Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Margarida Ferreira edited Portuguese subtitles for The astounding athletic power of quadcopters |