Uimitoarea agilitate a dronelor
-
0:11 - 0:14Ce presupune ca o mașinărie
să fie atletică? -
0:15 - 0:18Vom explica noțiunea
de sportivitate a mașinilor -
0:18 - 0:20și cum o obținem prin cercetare
-
0:20 - 0:23cu ajutorul acestor mașinării zburătoare,
numite „tetrarotoare” -
0:23 - 0:24sau pe scurt drone.
-
0:26 - 0:29Dronele există de multă vreme.
-
0:29 - 0:30Azi le vedem peste tot
-
0:30 - 0:32pentru că funcționează foarte simplu.
-
0:32 - 0:34Prin comanda vitezelor celor patru elice
-
0:34 - 0:37se obțin tangajul, ruliul, girația
-
0:37 - 0:40și accelerația în direcția lor comună.
-
0:40 - 0:43La bord mai există o baterie,
un calculator, -
0:43 - 0:46diferiți senzori și cartele radio.
-
0:47 - 0:51Dronele sunt foarte agile,
dar agilitatea are un preț. -
0:52 - 0:55Sunt inerent instabile,
deci pentru a zbura -
0:55 - 0:59au nevoie de centru comandă automat.
-
1:05 - 1:07Cum a reușit asta?
-
1:07 - 1:10Camerele de pe tavan și un laptop,
-
1:10 - 1:12formează un sistem de poziționare local.
-
1:12 - 1:14Așa localizăm în spațiu obiectele
-
1:14 - 1:17care au montate
aceste repere reflectorizante. -
1:17 - 1:19Datele sunt trimise la un alt laptop,
-
1:19 - 1:21care rulează algoritmi
de estimare și comandă -
1:21 - 1:23și care apoi trimite comenzi dronei,
-
1:23 - 1:26care rulează și ea algoritmi
de estimare și comandă. -
1:30 - 1:32Grosul cercetării noastre
sunt în algoritmii. -
1:32 - 1:35Aceștia reprezintă magia
ce dă viață acestor aparate. -
1:36 - 1:38Cum se proiectează algoritmii
-
1:38 - 1:41care creează un mașinărie agilă?
-
1:41 - 1:43Folosim ceea ce se numește
„proiectare pe bază de model”. -
1:43 - 1:47Întâi modelăm matematic procesele fizice
-
1:47 - 1:49din funcționarea aparatelor.
-
1:49 - 1:51Apoi folosim ramura matematicii
-
1:51 - 1:54numită „teoria controlului”
pentru a analiza modelele -
1:54 - 1:58și sintetizăm algoritmi
pentru comanda lor. -
1:58 - 2:01De exemplu așa obținem zborul staționar.
-
2:01 - 2:02Mai întâi descriem dinamica
-
2:02 - 2:04într-un sistem de ecuații diferențiale.
-
2:04 - 2:07Apoi modificăm aceste ecuații folosind
-
2:07 - 2:10teoria controlului pentru a crea
algoritmi care stabilizează drona. -
2:11 - 2:14Să vă arăt puterea acestei abordări.
-
2:17 - 2:20Să zicem că-i cerem dronei
să zboare staționar -
2:20 - 2:23și în plus să țină o vergea în echilibru.
-
2:23 - 2:24Cu puțin exercițiu
-
2:24 - 2:27e destul de simplu
pentru un om să facă asta, -
2:27 - 2:30deși e drept că noi profităm
că avem două picioare pe sol -
2:30 - 2:32și de mâini foarte versatile.
-
2:33 - 2:35Devine ceva mai greu
-
2:35 - 2:38cu un singur picior pe sol
-
2:38 - 2:40și dacă nu folosesc mâinile.
-
2:41 - 2:43Observați că vergeaua
are un reper reflectant sus, -
2:43 - 2:46deci poate fi localizată în spațiu.
-
2:53 - 2:58(Aplauze)
-
2:59 - 3:02Vedeți cum face mici ajustări
-
3:02 - 3:04pentru a păstra echilibrul.
-
3:05 - 3:07Cum am proiectat acești algoritmi?
-
3:07 - 3:09Am adăugat modelul matematic al vergelei
-
3:09 - 3:11la modelul dronei.
-
3:11 - 3:14La modelul sistemului combinat
dronă plus vergea -
3:14 - 3:18aplicăm teoria controlului pentru
a crea algoritmii de comandă. -
3:19 - 3:20Uite, vedeți că e stabil,
-
3:20 - 3:23și chiar dacă îl mișc puțin
-
3:26 - 3:27se întoarce frumos în echilibru.
-
3:28 - 3:30Putem adăuga la model
-
3:30 - 3:32unde vrem să stea drona în spațiu.
-
3:32 - 3:35Folosind acest indicator
cu repere reflectante -
3:35 - 3:38pot indica unde vreau
să fie drona în spațiu, -
3:38 - 3:40la o anumită distanță de mine.
-
3:56 - 3:59Cheia acestor manevre acrobatice
e în algoritmi, -
3:59 - 4:01proiectați folosind modele matematice
-
4:01 - 4:03și teoria controlului.
-
4:03 - 4:05Să-i spunem dronei să se întoarcă aici
-
4:05 - 4:07și să lase vergeaua să cadă,
-
4:07 - 4:09și vă voi arăta cât de important
-
4:09 - 4:11e să înțelegem modelele matematice
-
4:11 - 4:13și funcționarea lumii fizice.
-
4:25 - 4:28Ați observat cum a pierdut din altitudine
-
4:28 - 4:29când am așezat paharul cu apă.
-
4:29 - 4:32Spre deosebire de vergea, n-am mai inclus
-
4:32 - 4:35modelul matematic al paharului în sistem.
-
4:35 - 4:38De fapt sistemul habar n-are
că paharul cu apă e acolo. -
4:38 - 4:41Pot folosi din nou indicatorul
pentru a-i spune dronei -
4:41 - 4:43unde vreau să fie în spațiu.
-
4:46 - 4:49(Aplauze)
-
4:53 - 4:55Ar trebui să vă întrebați
-
4:55 - 4:57de ce nu se varsă apa din pahar?
-
4:58 - 5:01Două precizări:
1. Gravitația acționează la fel -
5:01 - 5:03asupra tuturor corpurilor.
-
5:03 - 5:062. Elicele sunt îndreptate toate
-
5:06 - 5:08în aceeași direcție ca paharul, în sus.
-
5:09 - 5:11Combinând cele două informații,
rezultatul net -
5:11 - 5:13e că forțele laterale
asupra paharului sunt mici -
5:13 - 5:16și vin în mare parte
din efectele aerodinamice, -
5:16 - 5:19care la aceste viteze sunt neglijabile.
-
5:23 - 5:26De asta nu e nevoie
să incluzi paharul în model. -
5:26 - 5:29Apa nu se varsă orice ar face drona.
-
5:38 - 5:42(Aplauze)
-
5:46 - 5:50Să reținem deci că unele
operații performante -
5:50 - 5:51sunt mai ușoare decât altele
-
5:51 - 5:53și că înțelegerea
aspectului mecanic al problemei -
5:53 - 5:56ne spune care sunt ușoare și care grele.
-
5:56 - 5:58În cazul acesta,
transportarea paharului e ușoară, -
5:58 - 6:01echilibrarea vergelei e grea.
-
6:02 - 6:04Am auzit cu toții de succesele remarcabile
-
6:04 - 6:06ale unor sportivi care erau răniți.
-
6:06 - 6:08Oare se descurcă și o mașină
-
6:08 - 6:10cu defecte fizice extreme?
-
6:11 - 6:13Se spune că pentru a zbura e nevoie
-
6:13 - 6:16de cel puțin patru motoare fixe
cu perechi de elice, -
6:16 - 6:18pentru că ai patru grade de libertate:
-
6:18 - 6:21ruliu, tangaj, girație și accelerație.
-
6:21 - 6:24Hexarotoarele și octorotoarele,
cu șase și opt elice, -
6:24 - 6:26dispun de redundanță,
-
6:26 - 6:28dar tetrarotoarele sunt mult mai folosite,
-
6:28 - 6:30pentru că au numărul minim
-
6:30 - 6:32de elice cu motor fix: patru.
-
6:32 - 6:33Așa să fie?
-
6:49 - 6:52Dacă analizăm
modelul matematic al aparatului -
6:52 - 6:54cu numai două elice în funcțiune,
-
6:54 - 6:57descoperim că există
un mod neconvențional de zbor. -
7:08 - 7:10Renunțăm la comanda girației,
-
7:10 - 7:13dar putem comanda ruliul,
tangajul și accelerația -
7:13 - 7:16cu algoritmi care folosesc
noua configurație. -
7:22 - 7:24Modelele matematice ne spun exact
-
7:24 - 7:26când și de ce e posibil.
-
7:26 - 7:29Aici această cunoaștere
ne permite să proiectăm -
7:29 - 7:31noi arhitecturi mecanice
-
7:31 - 7:35sau să concepem algoritmi abili
care compensează elegant defecțiunile, -
7:35 - 7:37așa cum fac sportivii,
-
7:37 - 7:39în loc să construim mașini cu redundanță.
-
7:41 - 7:43Ni se taie respirația când vedem
-
7:43 - 7:45un înotător sărind la trambulină
-
7:45 - 7:47sau un gimnast făcând un șurub în aer,
-
7:47 - 7:49în cădere vertiginoasă.
-
7:49 - 7:51Va reuși înotătorul să plonjeze perfect?
-
7:51 - 7:53Va reuși gimnastul să încheie curat?
-
7:53 - 7:55Să zicem că vrem să punem drona
-
7:55 - 7:57să se rostogolească de trei ori
-
7:57 - 7:59și să revină în punctul de pornire.
-
8:00 - 8:02Mișcarea va fi atât de rapidă
-
8:02 - 8:06încât nu putem folosi poziția măsurată
pentru a face corecții în timp real. -
8:06 - 8:08Nu ajunge nicicum timpul.
-
8:08 - 8:11În schimb, drona poate să facă
manevra orbește, -
8:11 - 8:14să observe cum a terminat-o
-
8:14 - 8:17și apoi să folosească datele
pentru a-și corecta comportamentul, -
8:17 - 8:19încât următoarele salturi să fie mai bune.
-
8:19 - 8:20La fel ca înotătorul și gimnastul,
-
8:20 - 8:22numai prin exercițiu repetat
-
8:22 - 8:24se poate învăța și executa o manevră
-
8:24 - 8:26de mare performanță.
-
8:34 - 8:38(Aplauze)
-
8:39 - 8:43În multe sporturi trebuie
să știi să lovești mingea. -
8:43 - 8:44Cum ar putea o mașină să facă
-
8:44 - 8:47ceea ce sportivii fac aparent fără efort?
-
9:04 - 9:07(Aplauze)
-
9:11 - 9:13Drona aceasta are montată
o rachetă deasupra -
9:13 - 9:17cu o zonă optimă cam cât un măr,
nu prea mare. -
9:17 - 9:20Aici calculele se fac la fiecare 20 ms,
-
9:20 - 9:22sau de 50 de ori pe secundă.
-
9:22 - 9:24Mai întâi calculăm traiectoria bilei,
-
9:24 - 9:27apoi calculăm mișcarea dronei
pentru a lovi bila. -
9:27 - 9:30ca să se întoarcă de unde a venit.
-
9:30 - 9:34Apoi se stabilește
o traiectorie duce drona -
9:34 - 9:37din starea curentă la punctul
de impact cu bila. -
9:37 - 9:41Apoi calculele se repetă
la un interval de 20 ms. -
9:41 - 9:44După 20 ms se repetă întregul proces
-
9:44 - 9:46până când drona lovește bila.
-
9:56 - 9:58(Aplauze)
-
9:58 - 10:02Mașinăriile pot efectua manevre
dinamice atât individual, -
10:02 - 10:03cât și colectiv.
-
10:03 - 10:07Aceste trei drone cooperează
pentru a purta o plasă. -
10:17 - 10:20(Aplauze)
-
10:22 - 10:26Execută o manevră
foarte dinamică și colectivă -
10:26 - 10:28pentru a-mi arunca bila înapoi.
-
10:28 - 10:32Observați că la întinderea maximă
dronele sunt verticale. -
10:36 - 10:38(Aplauze)
-
10:38 - 10:41De fapt la întindere maximă
-
10:41 - 10:44efectul e de vreo cinci ori mai mare
decât ce simți la un bungee jump, -
10:44 - 10:46la sfârșitul săriturii.
-
10:51 - 10:54Algoritmii de aici seamănă mult
-
10:54 - 10:57cu ai dronei care lovea bila.
-
10:57 - 10:59Modele matematice sunt folosite
-
10:59 - 11:03pentru a recalcula strategia de cooperare
de 50 de ori pe secundă. -
11:04 - 11:06Până acum am arătat numai
-
11:06 - 11:09ce sunt și ce pot face mașinile.
-
11:09 - 11:12Dar dacă îmbinăm însușirile
sportive ale mașinăriei -
11:12 - 11:13cu ale omului?
-
11:14 - 11:17Am în față un senzor
comercial al mișcărilor, -
11:17 - 11:19folosit pentru jocuri.
-
11:19 - 11:21Poate recunoaște ce fac diferitele părți
-
11:21 - 11:23ale corpului în timp real.
-
11:23 - 11:25La fel ca pe indicatorul de adineauri,
-
11:25 - 11:27îl putem folosi
pentru introducerea datelor. -
11:27 - 11:30Astfel avem un mod natural de interacțiune
-
11:30 - 11:34cu însușirile sportive ale dronelor,
prin gesturi. -
12:10 - 12:14(Aplauze)
-
12:24 - 12:28Interacțiunea nu trebuie neapărat
să fie virtuală, poate fi și fizică. -
12:28 - 12:30De exemplu această dronă.
-
12:30 - 12:32Încearcă să stea
într-un punct fix din spațiu. -
12:33 - 12:36Dacă încerc să o mișc, se împotrivește
-
12:36 - 12:39și se întoarce unde vrea să fie.
-
12:40 - 12:43Dar îi putem schimba comportamentul.
-
12:43 - 12:45Putem folosi modele matematice
-
12:45 - 12:48pentru a estima forța
cu care împing drona. -
12:48 - 12:51După ce știm forța,
putem schimba legile fizicii, -
12:51 - 12:54din perspectiva dronei, desigur.
-
12:56 - 13:00Acum drona se comportă
ca și cum ar fi într-un fluid vâscos. -
13:03 - 13:05Prin asta putem interacționa
-
13:05 - 13:07cu aparatul într-un mod direct.
-
13:07 - 13:09Voi folosi noua aptitudine pentru a plasa
-
13:09 - 13:12această dronă cu cameră video
într-un loc potrivit -
13:12 - 13:14pentru a filma restul demonstrației.
-
13:24 - 13:27Putem deci să interacționăm fizic
cu dronele -
13:27 - 13:29și putem schimba legile fizicii.
-
13:29 - 13:32Hai să ne amuzăm puțin cu asta.
-
13:32 - 13:33În clipele următoare aceste drone
-
13:33 - 13:37se vor comporta inițial
ca și cum ar fi pe Pluto. -
13:37 - 13:39Apoi treptat gravitația va crește
-
13:39 - 13:41până ne vom întoarce pe Pământ,
-
13:41 - 13:43dar sunt sigur că nu voi reuși.
-
13:44 - 13:45Bun, începem!
-
13:54 - 13:55(Râsete)
-
14:24 - 14:25(Râsete)
-
14:26 - 14:28(Aplauze)
-
14:29 - 14:31Uuu...
-
14:35 - 14:36Acum vă gândiți:
-
14:36 - 14:38„Ăștia se distrează cam mult!”
-
14:38 - 14:40Și probabil vă întrebați:
-
14:40 - 14:43„De ce or fi construind
mașinării atletice?” -
14:44 - 14:47Unii consideră că rolul jocului
în regnul animal -
14:47 - 14:50este ascuțirea dibăciei
și dezvoltarea calităților. -
14:50 - 14:52Alții cred că are mai mult un rol social,
-
14:52 - 14:53că servește la coeziunea grupului.
-
14:53 - 14:57La fel și noi, prin analogie cu sporturile
-
14:57 - 14:59creăm noi algoritmi
-
14:59 - 15:01cu care ducem mașinăriile la limită.
-
15:01 - 15:05Ce impact vor avea astfel de mașinării
asupra vieții omului? -
15:05 - 15:07Ca toate creațiile și inovațiile
de până acum, -
15:07 - 15:10ele pot veni în slujba condiției umane
-
15:10 - 15:13sau se pot folosi greșit și abuza.
-
15:13 - 15:15Alegerea de făcut nu e una tehnică;
-
15:15 - 15:16e una socială.
-
15:16 - 15:18Hai să alegem bine,
-
15:18 - 15:20să scoatem tot ce e mai bun
din viitorul mașinăriilor, -
15:20 - 15:22așa cum sportivitatea scoate la iveală
-
15:22 - 15:24tot ce e mai bun din noi.
-
15:24 - 15:27Vreau să vi-i prezint pe vrăjitorii
din spatele cortinei verzi. -
15:27 - 15:31Ei sunt membrii actuali ai echipei
de cercetare Flying Machine Arena. -
15:31 - 15:34(Aplauze)
-
15:35 - 15:38Federico Augugliaro, Dario Brescianini,
Markus Hehn, -
15:38 - 15:41Sergei Lupashin, Mark Muller
și Robin Ritz. -
15:41 - 15:44Stați cu ochii pe ei.
Le e scris să facă lucruri mari. -
15:44 - 15:45Mulțumesc.
-
15:45 - 15:47(Aplauze)
- Title:
- Uimitoarea agilitate a dronelor
- Speaker:
- Raffaello D'Andrea
- Description:
-
Într-un experiment de robotică la TEDGlobal, Raffaelo D'Andrea ne arată tetrarotoare zburătoare, roboți care gândesc ca sportivii, rezolvând probleme de fizică cu algoritmi care le permit să învețe. Prin demonstrații captivante, D'Andrea prezintă roboți zburători care aruncă bile, fac echilibristică și cooperează în decizii. Fiți atenți la o demonstrație ce îți lasă gura apă: drone comandate prin Kinect.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 16:08
Mirel-Gabriel Alexa edited Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Mirel-Gabriel Alexa edited Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Adrian Dobroiu commented on Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ariana Bleau Lugo approved Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ariana Bleau Lugo accepted Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ariana Bleau Lugo edited Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Ariana Bleau Lugo edited Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | ||
Adrian Dobroiu edited Romanian subtitles for The astounding athletic power of quadcopters |