ובכן, הרובוט הראשון שאדבר עליו נקרא סטריידר.
פירוש השם הוא
רובוט נסיוני תלת-רגלי דינמי מעורר-עצמאית.
זהו רובוט בעל שלוש רגליים,
שפותח בהשראה מהטבע.
אבל האם ראיתם בטבע
חיה בעלת שלוש רגליים?
כנראה שלא. אז, למה אני קורא לזה
רובוט שפותח בהשראה מהטבע? איך זה עובד?
אבל לפני כן, בואו נביט על תרבות פופולרית.
אז, אתם מכירים את הספר והסרט של ה.ג. וולס, מלחמת העולמות.
ומה שאתם רואים פה זהו משחק מחשב
מאוד פופולרי.
בספרות מתוארים היצורים הזרים הללו
כרובוטים בעלי שלוש רגליים שמשליטים טרור בכדור הארץ.
אבל הרובוט שלי, סטריידר, לא נע בצורה כזו.
אז, זוהי למעשה אנימציה של סימולציה דינמית.
אני עומד להראות לכם איך הרובוט עובד.
הוא הופך את גופו ב 180 מעלות.
הוא מניף את רגלו בין שתי רגליו האחרות כדי לבלום את הנפילה.
אז, כך הוא הולך. אבל כאשר אתם מביטים עלינו
בני האדם, הולכי שני הגפיים,
מה שאנו עושים זה לא באמת משתמשים בשריר
כדי להרים את הרגל כמו רובוט, נכון?
מה שאתם עושים, הוא למעשה להניף את רגלכם ולבלום את הנפילה,
נעמדים שוב, מניפים את הרגל ובולמים את הנפילה.
משתמשים בדינמיקה המובנית שלכם, הפיזיקה של גופכם,
ממש כמו מטוטלת.
אנו קוראים לגישה הזאת ניידות דינמית-פאסיבית.
מה שאתם עושים כאשר אתם מתרוממים,
אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית,
אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית.
זהו תהליך נפילה רצוף.
אז, למרות שאין שום דבר בטבע שנראה כך,
למעשה קיבלנו השראה מעולם החי
ויישמנו את עיקרון ההליכה
לרובוט זה, ולכן זהו רובוט שפותח בהשראה מעולם החי.
מה שאתם רואים כאן, זה מה שאנו רוצים לעשות בשלב הבא.
אנו רוצים לקפל את הרגליים ולשגר אותו למעלה בתנועה ארוכת טווח.
והוא פורס את רגליו, זה נראה כמעט כמו מלחמת הכוכבים.
כשהוא נוחת, הוא סופג את החבטה ומתחיל ללכת.
מה שאתם רואים כאן, הדבר הצהוב הזה, הוא לא קרן מוות.
זה רק כדי להראות שאם יש מצלמות
או סוגים שונים של חיישנים
משום שהוא גבוה - הוא בגובה מטר שמונים -
הוא יכול לראות מעבר למכשולים כמו שיחים ודומיהם.
אז יש לנו שני אבות-טיפוס.
הגירסה הראשונה, ברקע, זה סטריידר 1.
וזה מלפנים, הקטן יותר, זה סטריידר 2.
הבעיה שהיתה לנו בסטריידר 1 היא
שהגוף שלו היה כבד מדי. היו לנו כל-כך הרבה מנועים,
אתם יודעים, יישור המפרקים, ודברים מעין אלה.
אז, החלטנו להרכיב מנגנון מכני
כך שנוכל להפטר מכל המנועים, ובעזרת מנוע אחד
נוכל לתאם את כל התנועות.
זהו פתרון מכני לבעיה, במקום שימוש במכטרוניקה.
וכך, באופן הזה, פלג הגוף העליון קל מספיק כדי שיוכל ללכת במעבדה.
זה היה הצעד המוצלח הראשון.
זה עדיין לא מושלם. הוא נופל לעתים קרובות,
כך שיש לפנינו עוד עבודה רבה.
הרובוט השני שאני רוצה לדבר עליו נקרא אימפאס.
פירוש השם הוא פלטפורמה חכמה ניידת עם מערכת חישורים מונעת.
אז זהו רובוט היברידי בעל רגל-גלגלית.
תחשבו על גלגל ללא חישוק,
או גלגל חישורים.
אבל החישורים זזים עצמאית פנימה והחוצה מהמרכז.
כך שזה שילוב של רגל וגלגל.
אנו פשוטו כמשמעו ממציאים כאן את הגלגל מחדש.
תנו לי להדגים כיצד זה עובד.
ובכן, בסרטון הזה אנו משתמשים בגישה
שנקראת גישה תגובתית.
בעזרת שימוש פשוט בחיישני מגע על הרגליים,
הוא מנסה ללכת על פני שטח משתנים,
פני שטח רכים הנלחצים למטה ומשתנים.
ורק בעזרת מידע מחיישני המגע
הוא חוצה בהצלחה את סוגי השטח הללו.
אבל כאשר הוא מתמודד עם פני שטח קיצוניים,
במקרה זה המכשול הוא יותר מפי שלוש
מגובה הרובוט,
הוא עובר לשיטת פעולה מחושבת,
בה הוא עושה שימוש במד טווח לייזר,
ומערכות צילום בכדי לזהות את המכשול ואת גודלו,
והוא מתכנן בזהירות את התנועה של החישורים,
ומתאם אותה כך שיוכל להפגין
סוג זה של ניידות מאוד מאוד מרשימה.
קרוב לוודאי שלא ראיתם שום דבר מעין זה.
זהו רובוט בעל יכולת ניידות גבוהה מאוד
שאנו פיתחנו, המכונה אימפאס.
אה! נכון שזה מגניב?
כאשר אתם נוהגים במכוניתכם,
בעת שאתם מכוונים את המכונית, אתם משתמשים בשיטה
שנקראת היגוי אקרמן.
הגלגלים הקדמיים מסתובבים בצורה כזו.
מרבית הרובוטים הקטנים בעלי הגלגלים
משתמשים בשיטה שנקראת היגוי דיפרנציאלי
בה הגלגל הימני והשמאלי מסתובבים בכיוונים נגדיים.
עבור אימפאס, אנו יכולים להגיע לסוגים רבים של תנועה.
לדוגמה, במקרה הזה, אף-על-פי שגלגל ימין ושמאל מחוברים
בציר אחד, הם מסתובבים באותה מהירות זוויתית.
אנו פשוט משנים את אורך החישור.
זה משפיע על הקוטר, ואז הוא פונה שמאלה, הוא פונה ימינה.
ובכן, אלו רק כמה דוגמאות לדברים המגניבים שניתן
לעשות עם אימפאס.
הרובוט הזה מכונה קליימבר,
ראשי התיבות הן רובוט בעל גפיים-תלויות-כבלים התואם התנהגות חכמה.
אז שוחחתי עם חוקרים רבים מהמעבדה להנעה סילונית בנאסא,
המעבדה להנעה סילונית מפורסמת בגשושיות מאדים.
והמדענים והגיאולוגים תמיד אומרים לי
שהמדע המעניין באמת,
האתרים העשירים-מדעית, הם תמיד באיזורי הצוקים.
אבל הגשושיות הנוכחיות לא יכולות להגיע לשם.
אז בהשראת מגבלה זו רצינו לבנות רובוט
שמסוגל לטפס בסביבה של צוקים מובנים.
ובכן, זהו קליימבר.
אז, מה שהוא עושה, יש לו שלוש רגלים. בטח קשה לראות,
אבל יש לו כננת וכבל בחלקו העליון.
והוא מנסה לחשב את המקום הטוב ביותר להניח את רגלו.
ואז, כאשר החישוב הושלם
הוא מבצע חישובים בזמן אמת לפילוג הכוח.
כמה כוח הוא צריך להפעיל על פני-השטח
כך שהוא לא יתהפך ולא יחליק.
כאשר הוא מתייצב הוא מרים רגל,
ואז בעזרת הכננת, הוא מסוגל לטפס על דברים מעין אלה.
גם לשימושים של חיפוש והצלה.
למעשה, לפני חמש שנים עבדתי במעבדה להנעה סילונית בנאסא
במהלך הקיץ כעמית סגל.
והיה להם כבר רובוט שש-רגלי המכונה לימור.
אז, זה מבוסס על כך. הרובוט הזה נקרא מארס,
שפירושו מערכת רובוטית מרובת-גפיים. זהו רובוט שש-רגלי.
פיתחנו את מתכנן-ההליכה המסתגל שלנו.
למעשה, יש לנו עליו מטען מעניין מאוד.
הסטודנטים אוהבים ליהנות. וכאן אתם יכולים לראות את זה
הולך על פני שטח לא מובנה.
הוא מנסה ללכת על פני-שטח גסים,
אזורים חוליים,
אבל בהתאם לרמת הלחות או לגודל גרגירי החול
משתנה מודל שקיעת החול של הרגל.
אז הוא מנסה לסגל את ההליכה שלו כדי שיוכל לעבור בהצלחה על כל סוגי הדברים הללו.
ובנוסף, הוא עושה דברים כיפיים, כפי שניתן לשער.
אנחנו מקבלים מבקרים רבים במעבדה שלנו.
אז, כאשר מבקרים באים, מארס ניגש למחשב,
ומתחיל להקליד "שלום שמי מארס."
"ברוכים הבאים לרומלה,"
"מעבדת מכניקות הרובוטיקה, וירג'יניה טק."
הרובוט הזה הוא רובוט אמבה.
עכשיו, אין לנו די זמן להכנס לפרטים טכניים,
רק אציג לכם כמה מהניסויים.
אז, הנה כמה מניסויי ההיתכנות המוקדמים.
אנחנו מאכסנים אנרגיה פוטנציאלית בעור הגמיש בכדי לגרום לו לזוז.
או משתמשים במיתרי מתיחה פעילים בכדי לגרום לו לנוע
קדימה ואחורה. הוא נקרא כימרה.
אנו גם עבדנו עם כמה מדענים
ומהנדסים מאוניברסיטת פנסילבניה
כדי לפתח גירסה בהנעה כימית
של רובוט האמבה הזה.
אנחנו מוסיפים משהו למשהו
וכמו קסם, הם זזים. הבועה.
הרובוט הזה הוא בין הפרויקטים האחרונים שלנו. הוא נקרא רפאל.
יד רובוטית מופעלת ע"י אוויר עם רצועות גמישות.
יש הרבה דברים מאוד מגניבים, למשל יש ידיים רובוטיות טובות מאוד בשוק.
הבעיה היא שהן פשוט יותר מדי יקרות, עשרות אלפי דולרים.
ובכן, ליישומים של תותבים זה כנראה לא פרקטי,
משום שהמחיר אינו בהישג יד.
רצינו להתמודד עם הבעיה הזו מכיוון שונה לחלוטין.
במקום להשתמש במנועים חשמליים, מניעים אלקטרו-מכניים,
אנו משתמשים באוויר דחוס.
פיתחנו את המפעילים החדישים הללו למפרקים.
זה ניתן להתאמה. אתם יכולים למעשה לשנות את הכוח,
פשוט ע"י שינוי לחץ האוויר.
והוא יכול למחוץ פחית סודה ריקה.
הוא יכול להרים דברים מאוד שבירים כמו ביצה טרייה.
או כמו במקרה הזה, נורה.
החלק הטוב ביותר, עלה לנו רק $200 כדי ליצור אבטיפוס ראשוני.
הרובוט הזה הוא למעשה ממשפחת הרובוטים הנחשיים
שאנו קוראים לו הידראס,
נחש רובוטי מרובה דרגות חופש.
זהו רובוט שיכול לטפס על מבנים.
זוהי זרוע הידראס.
זוהי זרוע רובוטית בעלת 12 דרגות חופש.
אבל החלק המגניב הוא ממשק המשתמש.
הכבל שמוצג כאן, הוא סיב אופטי.
והסטודנטית הזו, קרוב לוודאי בשימוש ראשון במערכת,
אבל היא יכולה לתפעל אותו בהרבה דרכים שונות.
אז, למשל בעירק, אתם יודעים, באזור הקרבות,
יש מטעני צד. נכון לעכשיו אתם שולחים
רכבים ממוגנים בשלט רחוק.
לוקח זמן רב ויקר מאוד
לאמן את המפעיל לשלוט בזרוע המורכבת הזו.
במקרה הזה, זה מאוד אינטואיטיבי.
הסטודנט הזה, קרוב לוודאי בשימוש ראשון במערכת, מבצע משימה מורכבת מאוד,
להרים עצמים ולבצע פעולות,
פשוט כך, מאוד אינטואיטיבי.
כעת, הרובוט הזה הוא לעת עתה הכוכב שלנו.
למעשה יש לנו מועדון מעריצים לרובוט דארווין,
רובוט דמוי-אדם דינמי בעל אינטליגנציה.
כפי שאתם יודעים יש לנו עניין רב
ברובוטים דמויי-אדם, הליכה אנושית.
אז החלטנו לבנות רובוט קטן דמוי-אדם.
זה היה בשנת 2004, ובתקופה זו
זה היה משהו מאוד מהפכני.
זה היה יותר מחקר היתכנות,
באיזה סוג של מנועים עלינו להשתמש?
האם זה בכלל אפשרי? באיזה סוגים של פקדים עלינו להשתמש?
ובכן, לזה אין חיישנים כלל.
אז, זוהי בקרה במעגל פתוח.
בשביל אלה מביניכם שאולי יודעים, אם אין לכם חיישנים
וישנן הפרעות כלשהן, אתם יודעים מה קורה.
(צחוק)
ובכן, בהתבסס על הצלחה זו, בשנה שלאחר מכן
עשינו תכנון מכני ראוי
והתחלנו מקינמטיקה.
וכך, בשנת 2005 נולד דארווין 1.
הוא מזדקף. הוא הולך, מאוד מרשים.
עם זאת, עדיין, כפי שאתם יכולים לראות,
הוא מחובר לכבל, חבל טבור. אנו עדיין משתמשים במקור כוח חיצוני,
וחישוב חיצוני.
בשנת 2006, הגיע הזמן לכיף האמיתי.
בוא ניתן לו אינטליגנציה. ניתן לו את כל כוח החישוב לו הוא זקוק,
שבב פנטיום אם של 1.5 ג'יגה-הרץ,
שתי מצלמות בחיבור מהיר, שמונה ג'יירוסקופים, מד-תאוצה,
ארבעה חיישני פיתול על הרגל וסוללות ליתיום.
ועכשיו דארווין 2 הוא אוטונומי לחלוטין.
הוא לא נשלט מרחוק.
הוא אינו קשור. הוא מסתכל סביב, מחפש אחר הכדור,
מסתכל סביב, מחפש אחר הכדור ומנסה לשחק כדורגל,
באופן אוטונומי, אינטליגנציה מלאכותית.
בוא נראה אם הוא מצליח. זה היה נסיוננו הראשון,
ו... שער!
יש למעשה תחרות בשם רובוקאפ (גביע הרובוטים).
אני לא יודע כמה מכם שמעו על רובוקאפ.
זוהי תחרות כדורגל בינלאומית לרובוטים אוטונומיים.
והמטרה של רובוקאפ, המטרה האמיתית היא,
עד לשנת 2050
אנחנו רוצים שיהיו ברשותינו רובוטים אנושיים אוטונומיים בגודל מלא
שישחקו כדורגל נגד אלופי העולם האנושיים
וינצחו.
זאת המטרה האמיתית. היא מטרה מאוד שאפתנית,
אבל אנחנו באמת מאמינים שאנחנו מסוגלים לכך.
ובכן, זה בשנה שעברה בסין.
היינו הקבוצה הראשונה מארצות הברית שעמדה בדרישות הסף
בתחרות הרובוטים דמויי-האדם.
זה בשנה הנוכחית, זה היה באוסטריה.
אתם עומדים לראות את האקשן, שלושה נגד שלושה,
אוטונומיים לחלוטין.
הנה לכם. כן!
הרובוטים עוקבים ומשחקים,
משחק קבוצתי בינם לבין עצמם.
זה מאוד מרשים. זהו למעשה אירוע מחקרי
ארוז בתוך אירוע תחרותי הרבה יותר מלהיב.
מה שאתם רואים כאן,
זהו גביע לואי וויטון היפהפה.
זהו עבור דמוי-האדם הטוב ביותר,
ואנחנו רוצים להביא את זה בפעם הראשונה לארצות הברית,
בשנה הבאה, אז אחלו לנו בהצלחה.
תודה לכם.
(מחיאות כפיים)
לדארווין יש גם כשרונות רבים אחרים.
בשנה שעברה הוא למעשה ניצח על התזמורת הסימפונית של רונוק
בקונצרט החג.
זהו רובוט מהדור הבא, דארווין 4,
אבל חכם יותר, מהיר יותר, חזק יותר.
והוא מנסה להשוויץ ביכולת שלו.
"אני גבר, אני חזק."
"אני יכול גם לעשות כמה תנועות בסגנון ג'קי צ'אן"
תנועות של אמנויות לחימה.
(צחוק)
והוא הולך לדרכו. זהו דארווין 4,
שוב, תוכלו לראותו בלובי.
אנו באמת מאמינים שזה יהיה הרובוט דמוי-האדם הראשון בארצות הברית
שמסוגל לרוץ. אז תמשיכו לעקוב.
בסדר, אז הראיתי לכם כמה מהרובוטים המלהיבים שלנו בפעולה.
אז מהו סוד ההצלחה שלנו?
מאיפה אנחנו מביאים את הרעיונות הללו?
איך אנחנו מפתחים רעיונות מעין אלה?
יש לנו רכב אוטונומי לחלוטין
שיכול לנהוג בסביבה עירונית. זכינו בחצי מיליון דולרים
באתגר האורבני של דארפא.
יש לנו גם את הרכב הראשון בעולם
שניתן לניהוג בידי עיוור.
אנו מכנים אותו אתגר הנהג העיוור, מאוד מלהיב,
ועוד הרבה הרבה פרוייקטים רובוטיים עליהם אני רוצה לדבר.
אלה רק הפרסים בהם זכינו בסתיו 2007,
מתחרויות רובוטיקה ואירועים מעין אלה.
לאמיתו של דבר יש לנו חמישה סודות.
הראשון הוא מהיכן אנו שואבים השראה,
מאיפה מגיע ניצוץ הדמיון הזה?
זהו סיפור אמיתי, הסיפור האישי שלי.
בלילה כשאני הולך לישון, ב-3 או 4 לפנות בוקר,
אני נשכב, עוצם את עיניי, ורואה את הקווים והעיגולים האלה
וצורות שונות מרחפות סביב,
מתחברות ואז יוצרות את סוגי המנגנונים הללו.
ואז אני חושב, "אה, זה מגניב."
ולכן, בסמוך למיטה אני מחזיק מחברת,
יומן, עם עט מיוחד שמאיר, אור לד,
כי אינני רוצה להדליק את האור ולהעיר את אשתי.
ובכן, אני רואה זאת, משרבט הכל, משרטט דברים,
והולך לישון.
כל יום בבוקר,
הדבר הראשון שאני עושה לפני כוס הקפה הראשונה,
לפני שאני מצחצח שיניים, אני פותח את המחברת שלי.
הרבה פעמים היא ריקה,
לפעמים יש שם משהו. לעיתים זה חסר חשיבות,
אבל ברוב המקרים אני אפילו לא יכול לקרוא את כתב ידי.
זה ב-4 לפנות בוקר, למה אתם מצפים, נכון?
ובכן, אני צריך לפענח את מה שכתבתי.
אבל לפעמים אני רואה שם רעיון מחוכם,
ויש לי את רגעי ההארה הללו.
אני מייד רץ לחדר העבודה שבביתי, מתיישב מול המחשב,
מקליד את הרעיונות, משרבט את הדברים,
ואני שומר מאגר של רעיונות.
כאשר יש לנו קול-קורא להצעות
אני מנסה למצוא התאמה
בין רעיונותי הפוטנציאליים
לבין הבעיה, ואם יש התאמה, אנחנו כותבים הצעת מחקר,
מקבלים את המימון למחקר, וכך אנו מתחילים את תוכנית המחקר שלנו.
אבל ניצוץ הדמיון לבדו אינו טוב מספיק.
איך אנחנו מפתחים את סוגי הרעיונות הללו?
במעבדה שלנו רומלה, מעבדת מכניקות הרובוטיקה,
יש לנו מפגשים נהדרים של סיעור-מוחות.
וכך, אנחנו מתקבצים יחדיו ודנים בבעיות
ובבעיות חברתיות ומשוחחים עליהן.
אבל לפני שמתחילים אנו קובעים את כלל הזהב.
הכלל הוא:
אף אחד לא מבקר את רעיונותיו של האחר.
אף אחד לא מבקר אף דעה.
זה חשוב, משום שפעמים רבות, סטודנטים חוששים
או מרגישים אי נוחות באשר לתגובות של האחרים
על דעותיהם ומחשבותיהם.
כאשר אתם עושים זאת, זה מדהים
איך הסטודנטים נפתחים.
יש להם רעיונות מטורפים מגניבים ומבריקים,
כל החדר מחושמל באנרגיה יצירתית.
כך אנו מפתחים את רעיונותינו.
ובכן, נגמר לנו הזמן, עוד דבר אחד שאני רוצה לדבר עליו הוא
אתם יודעים, רק ניצוץ של רעיון ופיתוחו לא טובים מספיק.
רגע ה-TED היה נפלא כאשר,
אני חושב שזה היה אדון קן רובינסון, זה היה הוא?
הוא הרצה על איך השכלה
ובתי-ספר הורסים את היצירתיות.
ובכן, למעשה יש שני צדדים לסיפור.
אז, יש מגבלה לדברים שאפשר לעשות
רק עם רעיונות מבריקים,
יצירתיות, הנדסה טובה ואינטואיציה.
אם אתם רוצים להגיע מעבר לעבודת טלאים,
אם אתם רוצים להגיע מעבר לרובוטים כתחביב
ובאמת להתמודד עם האתגרים הגדולים של הרובוטיקה
באמצעות מחקר קפדני
אנו זקוקים ליותר מזה. כאן בית-הספר נכנס לתמונה.
באטמן, נלחם נגד הרעים,
יש לו את חגורת הכלים הזו, יש לו את עוגן האנקול שלו,
יש לו סוגים שונים של גאדג'טים.
עבורינו, מפתחי רובוטים, מהנדסים, מדענים,
הכלים הללו, הינם הקורסים והשיעורים אותם לומדים בכיתה.
מתמטיקה, משוואות דיפרנציאליות.
יש לי ידע באלגברה לינארית, מדעים, פיזיקה,
וכיום אפילו, כימיה וביולוגיה כפי שראיתם.
אלו כל הכלים להם אנו זקוקים.
אז, כמה שיש ברשותך יותר כלים,
עבור באטמן - יותר יעיל להלחם ברעים,
ועבורנו - יותר כלים לתקוף בעיות גדולות מעין אלה.
לכן, ההשכלה מאוד חשובה.
בנוסף, זה לא רק זה,
מעבר לכך צריך גם לעבוד באמת באמת קשה.
ולכן אני תמיד אומר לסטודנטים שלי
תעבדו חכם ואז תעבדו קשה.
התמונה הזו ברקע צולמה ב-3 לפנות בוקר.
אני ערב לכך שאם תבואו למעבדתינו ב-3, 4 לפנות בוקר
יהיו לנו סטודנטים שעובדים שם,
לא בגלל שאני אומר להם, אלא מכיוון שכיף להם.
מה שמוביל לנושא האחרון.
אל תשכחו להנות.
זהו באמת סוד ההצלחה שלנו - כיף לנו.
אני באמת מאמין שהתפוקה הגבוהה ביותר מושגת כאשר אתם נהנים.
וזה מה שאנחנו עושים.
הנה לכם. תודה רבה.
(מחיאות כפיים)