विजय कुमार: रोबोट्स जो उड़ सकते हैं

सुप्रभात आज मैं यहाँ कहना आया हूँ स्वयं संचालित उड्नेवाली बीच बाल्स के बारे में| नहीं, एक चुस्त हवाई रोबोट, इसके जैसा| मैं आपको इससे बनाने की चुनौतियों के बारे में थोड़ा बताना चाहते हूँ| और कुछ दिल दहलानेवाले सुयोग इस तकनीक को लागू करने के लिए| तो यह रोबोट बिना आदमी के एरिअल वाहनों से सम्बंधित है| हालांकि, वाहन जो आप यहाँ देख रहे है, वह बड़े हैं| उनका वज़न हजारो पाउंड है, और किसी भी तरह से चुस्त नहीं है| वे स्वयं संचालित भी नहीं है| वास्तव में, कई ऐसे वाहने उड़ान के कर्मचारियों द्वारा संचालित किये जाते है जिनमे कई सारे विमान - चालक शामिल हो सकते है, जैसे की सेंसर के ऑपरेटर और मिशन समन्वयकों|

हम इस तरह का रोबोट की विकसित करने में रुचि रखते हैं -- यहाँ है दो तस्वीरे -- उन रोबोट्स की जो आप खरीद सकते है| ये है हेलीकाप्टर चार घूर्णक वाले और वे अंदाज़ से एक मीटर के माप के है और कई पाउंड वजन है| और इसलिए हम इनको सेंसर और प्रोसेसर से फिट करते है, ताकि यह रोबोट्स अन्दर भी उड्ड सकते है GPS के बिना|

यह रोबोट जो मैंने हाथ में पकड़ा है यह है, इसको दो छात्रों ने बनाया है, आलेक्स और डानिएल| इसके वज़न एक पाउंड से दस गुना कम है| यह १५ वाट पॉवर का इस्तमाल करता है| जैसे की आप देख सकते है, इसका व्यास ८ इंच है| में आपको जल्दी से जानकारी देता हूँ यह रोबोट्स कैसे चलते है|

इसके चार घूर्णक है| यदि आप एक ही रफ्तार से इन घूर्णकको घुमाएंगे, रोबोट होवर करता है| यदि आप हर एक घूर्णक की गति बढ़ाएंगे, तोह वोह ऊपर उड़ेगा, तेज़ी से और ऊपर उड़ेगा ज़रूर, यदि वह रोबोट झुका हुआ होता, क्षैतिज की ओर झुका हुआ, तोह वह इस दिशा में तेज़ी से उड़ेगा| तो उसको झुकाने के लिए, दो तरीके है| इस तस्वीर में आप देख सकते है की चौथा घूर्णक ज्यादा तेज़ी से घूम रहा है और दूसरा घूर्णक कम तेज़ी से घूम रहा है| और जब ऐसा होता है एक क्षण आता है जब रोबोट रोल करने लगता है| और दूसरी तरह से, यदि आप तीसरे घूर्णक की गति बढ़ाएंगे और पहले घूर्णक की गति घटाएंगे, तो वह रोबोट आगे उड़ेगा|

और अंत में, यदि आप विपरीत जोड़ी वाले घूर्णकको को घुमाएंगे दूसरी जोड़ी से ज्यादा तेज़, वह अनुलंब अक्ष की ओर झुकता है तो एक बोर्ड प्रोसेसर अनिवार्य रूप से देखता है किस प्रस्ताव की आवश्यकता है और इन प्रस्तावों को जोड़ता है और जान लेता है की घूर्णक को क्या सूचनाएं देनी हैं एक सेकंड में ६०० बार| मूल रूप में यह इस तरीके से चलता है|

इस डिजाईन का एक फायदा है की, जब आप पैमाने पर नीचे उतरें तो वह रोबोट स्वाभाविक रूप से चुस्त हो जाता है| यहाँ R रोबोट की लम्बाई है| यह वास्तव में आधा व्यास है| और बहुत सारे भौतिक मापदंड हैं जो बदलते हैं जब R कम होता है| सबसे महत्वपूर्ण है जड़त्व या गति के लिए प्रतिरोध| तो यह पता चला है, यह जड़त्व, जो कोणीय गति को नियंत्रित करता है, १/५ R तक हो जाता है तो आप जितना कम R को बनाओगे उतनी अधिक गति से जड़ता कम हो जायेगी तो एक परिणाम के रूप में, कोणीय त्वरण, जो ग्रीक अक्षर अल्फ़ा द्वारा चिह्नित है, १/R बन जाता है| यह R का विपरीतत आनुपातिक है| जितना कम आप उसे बनाओगे उतनी अधिक जल्दी से वह घूम सकता है|

यह इन विडियो में साफ दिखाई देगा| दाईं ओर निचे आप एक रोबोट देख सकते है एक ३६० डिग्री फ्लिप प्रदर्शन कर रहा है एक आधे सेकंड से भी कम समय में| बहुत सारे फ्लिप्स, थोडा ज्यादा समय| तो यहाँ बोर्ड प्रोसेसर एक्सलेरोमेतेर्स से प्रतिक्रिया हो रही हैं और बोर्ड पर गय्रोस और गिनती करता है, जैसा पहले बताया था, आदेशों को ६०० बार एक सेकंड में रोबोट को संतुलित करने के लिए बाई ओर, आप देख रहे है Daniel रोबोट को ऊपर हवा में फैंक रहा है| इससे साबित होता है की यह बहुत मजबूत नियंत्रण है| आप जैसे भी फेके कोई फरक नहीं पड़ता, रोबोट वापिस आ जाता है|

तो इस तरह के रोबोट को निर्माण क्यों करे? ऐसे रोबोट्स के बहुत सरे अनुप्रयोग है| आप उनको ऐसे इमारतों के अन्दर भेज सकते है घुसपैठियों को पहले ढूँढने के लिए, या बिओचेमिकल रिसाव को ढूँढना, या गैसीय रिसाव| उनका उपयोग निर्माण जैसे अनुप्रयोगों के लिए भी इस्तमाल कर सकते है| ऐसे रोबोट्स है जो बीम, कोलुम्न्स उठा सकते है घन आकार जैसे संरचना को बना सकते है| मैं आपको इसके बारे में थोडा और बताऊंगा| यह रोबोट्स कार्गो को ट्रांसपोर्ट में मदद कर सकते है| यह रोबोट्स में एक छोटी समस्या है उनके पेलोड उठाने की क्षमता इसीलिए आपको कई सरे रोबोट्स की ज़रुरत पड़ेगी पेलोड को उठाने के लिए| यह तस्वीर हमारे एक नये प्रयोग की है -- वास्तव में इतनी नयी नहीं है -- Sendai में की हुई भूकंप के कुछ ही समय बाद| इस प्रकार के रोबोट्स टूटी हुई इमारतों में भेजे जा सकते है प्राकृतिक आपदाओं के बाद नुकसान का आकलन करने के लिए, या प्रतिक्रियाशील इमारतों में विकिरण के स्तर को मैप करने के लिए|

एक मौलिक समस्या है जो रोबोट को हल करना है यदि वेह स्वायत्त रह सकते है की अनिवार्य रूप से पता लगाना कैसे पॉइंट अ से पॉइंट बी तक पोहोच सकते है| अब यह चुनौतीपूर्ण हो जाता है क्योंकि इस रोबोट की गतिशीलता काफी जटिल हैं| वास्तव में, वे एक १२ - आयामी अंतरिक्ष में रहते हैं| तो हम एक छोटी सी चाल का उपयोग करेंगे| हम इस घुमावदार 12 आयामी अंतरिक्ष लेते है और परिणत करते है एक फ्लैट चार आयामी अंतरिक्ष में| और वह चार आयामी अंतरिक्ष में एक्स, वाई, ज़ेड और यओ अंगल है|

यह रोबोट योजना करता है कम से कम प्रक्षेपवक्र का| आपको भौतिक विज्ञान याद दिलाने के लिए, आपके पास स्थिथि, व्युत्पन्न, गति है, फिर त्वरण, और फिर झटका और फिर काट है तो यह रोबोट काट को कम करता है| तो यह प्रभावी ढंग से एक निर्विघ्ऩ और सुंदर गति को पैदा करता है| और वह यह बाधाओं से बचते हुए करता है| यह कम से कम प्रक्षेपवक्र इन फ्लैट अंतरिक्ष में वापस बदल जाते हैं इस जटिल 12 आयामी अंतरिक्ष में| जो यह रोबोट को करना आवश्यक है नियंत्रण और निष्पादन के लिए|

में आपको कुछ उदाहरण दिखाना चाहता हूँ यह कम से कम प्रक्षेपवक्र कैसे दिखते हैं इस पहले विडियो में, आप देखेंगे एक रोबोट पॉइंट अ से पॉइंट बी तक जाते हुए एक मध्यवर्ती पॉइंट के माध्यम से| यह रोबोट स्पष्ट रूप से सक्षम है किसी भी वक्र प्रक्षेपवक्र को क्रियान्वित करने को| यह परिपत्र प्रक्षेपवक्र है जहा रोबोट २ G को खीचता है| यहाँ ऊपर गति को देखने वाला केमेरा है जो रोबोट को बताता है वह कहाँ है एक सेकंड में १०० बार| यह रोबोट को बाधाओं के बारे में भी बताता है| और वेह चलती हुई बाधाएं भी हो सकती है| और यहाँ आप देखेंगे डानिएल हूप को ऊपर उड़ाते हुए, जबकि रोबोट हूप की स्थिति की गणना कर रहा है और यह पता लगाने की कोशिश कर रहा की कैसे सबसे अच्छे रूप से वह हूप के अन्दर से जा सकता है| एक शैक्षिक के रूप में, हम हमेशा हुप के अन्दर से कूदने का प्रशिक्षण करते हैं, हमारी प्रयोगशालाओं के लिए धन जुटाने के लिए और अब हम यह रोबोट से करवाते है|

तालियाँ

एक और बात जो रोबोट कर सकते हैं है की वह प्रक्षेपवक्र के टुकड़े याद रखता है जो वह सीखता है या पूर्व क्रमादेशित होता है| यहाँ आप देख सखते है यह रोबोट एक चलती गति का संयोजन करके जो गति को बढ़ता है और फिर अपनी ओरिएंटेशन बदल देता है और फिर ठीक हो जाता है| तो यह ऐसा करने के लिए मजबूर है क्योंकि खिड़की में यह अंतर चौड़ाई में केवल थोड़ा ही रोबोट से बड़ा है| जैसे की जब एक डुबकी लगानेवाला स्प्रिंगबोर्ड पर खड़ा है और वह गति पाने के लिए छलांग लगता है, और फिर इस पिरुएट करता है, इस दो और एक आधे कलाबाज़ी के माध्यम से और काफी आसानी से वापिस आ जाता है, उसी तरह यह रोबोट भी ऐसा ही कर रहा है| वह जानता है कैसे प्रक्षेपवक्र के टुकड़े को जोड़ा जा सकता है ये काफी मुश्किल कामो को करना|

मैं अब गियर बदलना चाहते हूँ | इन रोबोट का एक अलाभ है उनका छोटा आकार जैसा की मैंने आपको पहले कहा था की हम बहुत सारे रोबोट को इस्तमाल करना चाहते है इस अलाभ को टालने के लिए| एक कठिनाई है की आप इतने सारे रोबोट को कैसे समन्वय में ला सकते है? इसीलिए हमने प्रकृति में देखा| मैं आपको एक छोटा विडियो दिखाना चाहता हु अफेनोगास्टर चींटीयो के बारे में प्रोफेस्सर स्टेफेन प्रात्त के प्रयोगशाला में एक वास्तु को उठाते हुए| यह एक अंजीर का टुकड़ा है| वास्तव में जब आप अंजीर रस के साथ किसी भी वस्तु पे लगायेंगे तो यह चींटियों उन्हें वापस अपने घोंसला में ले जाएगा| तो इन चींटियों का कोई भी केंद्रीय समन्वयक नहीं है| वे अपने बाजु वाले की प्रस्तुति को महसूस कर सकते है| वहाँ कोई स्पष्ट संचार नहीं है| पर क्योंकि वे अपने बाजु वाले की प्रस्तुति को महसूस कर सकते है और वास्तु को भी उनमे आपस में समन्वय है|

इस तरह का समन्वय हम अपने रोबोट में लाना चाहते है| ताकि जब हमारे पास एक रोबोट है जो अन्य रोबोट से घेरा हुआ है -- रोबोट इ और ज को देखिये -- हम चाहते है की यह रोबोट अपने आपस के अंतर को मानीटर करे जब वेह पैटर्न में उड़ रहे हो| और तब हम सुनिश्चित करना चाहते हैं की यह अंतर स्वीकार्य स्तर पर है| फिर से यह रोबोट इस ग़लती को मानीटर करता है और नियंत्रण आदेशो की गणना करता है एक सेकंड में १०० बार, जो मोटर आदेशों को एक सेकंड में ६०० बार में अनुवाद करता है| यह होना चाहिए विकेन्द्रीकृत तरीके से भी| फिर से, यदि आपके पास बहुत सारे रोबोट है, यह असंभव है यह सब जानकारी केंद्रीय रूप से समन्वय किया जा सकता है की सब रोबोट एक काम को जल्दी समाप्त कर सके| इसके अलावा रोबोट उनके कार्यों को केवल स्थानीय जानकारी पर आधार करें, जो वे अपने पड़ोसियों के प्रस्थुती से महसूस कर सकते है| और आखिर में और हम चाहते है की यह रोबोट उदासीन हो की उनके पड़ोसियों कौन हैं. इससे हम गुमनामी कहते है|

अगला मैं आपको दिखाना चाहता हू एक विडियो ऐसे २० रोबोट के बारे में जो पैटर्न में उड्ड रहे है| वे अपने पड़ोसियों के स्थिति को मोनिटर कर रहे है| वे अपने पैटर्न को बनाये रखते है| वह पैटर्न बदल सकते है| वह तलीय, या तीन आयामी पैटर्न हो सकते है| जैसा की आप यहाँ देख सकते है वे तीन आयामी पैटर्न से तलीय पैटर्न में टूट जाते है| और बाधाओं में से उड़ने के लिए वे पैटर्न को उसी वक्त अनुरूप कर सकते है फिर से, वह रोबोट आपस में काफी नज़दीक आते ह| जैसे की आप यह ८ आंकड़े के आकर की उडान में देख सकते है, वे एक दूसरे से एक इंच की दूरी में आते हैं| और, वायुगतिकीय बातचीत के बावजूद इन प्रोपेलर ब्लेड की वे स्थिर उड़ान को बनाए रखने में सक्षम होते हैं |

तालियाँ

एक बार आप जान लेंगे कैसे पैटर्न में उड़ा जा सकता है आप वस्तुओं मिलकर उठा सकते हैं| तो यह दिखता है की हम दो गुना, तीन गुना, चार गुना रोबोट की ताकत को बढ़ा सकते है सिर्फ उन्हें अपने पड़ोसियों के साथ टीम में कम करने से, जैसे की आप यहाँ देख सकते हैं| इसका एक नुकसान है की, जैसे आप बढ़ाएंगे जैसे बहुत सारे रोबोट एक वस्तु को उठाएँगे, आप अनिवार्य रूप और प्रभावी ढंग से जड़ता में वृद्धि कर रहे हैं, और इसलिए आप उसकी कीमत चुकायेंगे; वह उतने चुस्त नहीं है| लेकिन आप पेलोड ले जाने की क्षमता के संदर्भ में लाभकर है|

दूसरा प्रयोग जो मैं आपको दिखाना चाहता हूँ -- फिर से, यह हमारी प्रयोगशाला में है| यह कम कुएन्तिन लिंडसे ने किया है जो एक छात्र है| तो उसके एल्गोरिथ्म, अनिवार्य रूप से, इन रोबोट को बताता है कैसे स्वायत्त रूप से घन संरचना को बनाया जा सकता है पुलिंदा जैसे तत्वों से| तो यह एल्गोरिथ्म रोबोट को बताता है कौनसे हिस्से को उठाना है और कहा रखना है| इस विडियो में आप देख सकते है -- यह १०, १४ गुना तेज़ दिखाया गया है -- इन रोबोट को तीन अलग संरचनाओं को बनाते हुए| और फिर, सब कुछ स्वायत्त है, कुएन्तिन को सिर्फ ब्लूप्रिंट को लाना है उस डिज़ाइन का जो वह बनाना चाहता है|

यह सब प्रयोग जो आपने अब तक देखे है, यह सब प्रदर्शनों, गति को कब्ज़ा करने वाले कैमरों की मदद से किये गए है| तो क्या होता है जब आप अपनी प्रयोगशाला को छोड़ के बाहर असली दुनिया में आते है ? और अगर GPS नहीं है? तो यह रोबोट के पास एक कैमरा है और एक लेजर रेडार, एक लेजर स्कैनर भी है| और वह इन सेंसर का इस्तमाल करता है वातावरण का नक्शा बनाने के लिए| उस नक़्शे में विशेश्तैएन शामिल हैं -- जैसे की दरवाज़े, खिडकिया, लोग, फर्नीचर -- और वह अपने खुद की स्थिथि के बारे में जान सकता है उनके विशेषताएँ के अनुसार| तो वहाँ कोई वेद्यिक समन्वय प्रणाली नहीं है| समन्वय प्रणाली रोबोट के आधार पर परिभाषित किया गया है वो कहाँ है और किसे देख रहा है| वह उन विशेषताएँ के अनुसार नेविगेट करता है|

तो मैं आपको एक क्लिप दिखाना चाहता हूँ फ्रांक शेन के बनाये हुए अल्गोरिथम और प्रोफेस्सर नेथन माइकल जो दिखता है एक रोबोट को पहली बार एक ईमारत में जाते हुए और इस नक़्शे को बनाते हुए| वह रोबोट आकृति का अंदाज़ लगा सकता है| वह नक्षा बनाता है| वह अपनी स्थिथि का अंदाज़ लगा सकता है एक सेकंड में १०० बार हमें नियंत्रण एल्गोरिदम का उपयोग करने के लिए अनुमति देता है जिनके बारे में मैंने पहले बताया था| तोह यह रोबोट असल में आज्ञा फ्रांक से ले रहा है| लेकिन वह रोबोट अपने आप, कहा जाना, जान सकता है| तो मान लीजिए मैं इससे एक इमारत में भेजना चाहता हूँ और मुझे पता नहीं यह ईमारत कैसा दीखता है में रोबोट को अंदर भेज सकता हूँ, वे नक्शा बनता है और वापिस आ कर मुझे बताता है की वह ईमारत कैसा दीखता है| तोह यहाँ यह रोबोट इस समस्या का केवल हल नहीं निकाल रहा है की इस नक़्शे में कैसे पॉइंट अ से पॉइंट बी तक जा सकता है बल्कि वह अंदाज़ लगता है हर बार सबसे अच्छा पॉइंट बी कौसा है| तो अनिवार्य रूप से यह जानता है कहाँ जाना है ऐसे जगहों को ढूँढना जिनकी जानकारी बहुत कम है| और इस तरह वह नक़्शे को बनाता है|

में आपको छोड़ना चाहता हूँ एक आखरी प्रयोग के साथ| और इस तकनीक के कई प्रयोग है | मैं एक प्रोफेसर हूँ, और शिक्षा के बारे में भावुक हूँ| इस तरह के रोबोट वास्तव में बदलाव ला सकते है हमारी पढाई में क से १२ कक्षा तक| परन्तु हम दक्षिणी कैलिफोर्निया में है, जो लॉस एंजिंल्स से नजदीक है, इसीलिए अंत में मैं आपको कुछ मनोरंजक दिखाना चाहता हूँ| में समाप्त करना चाहता हूँ एक संगीत विडियो के साथ| में आपके सामने प्रस्तुत करना चाहता हूँ आलेक्स और डानिएल, जीनोने यह विडियो बनाया है|

तालियाँ

इससे पहले की में यह विडियो आपको दिखाऊ, में आपको बताना चाहता हूँ की यह उन्होंने पिछले ३ दिनों में बनाया है क्रिस का फ़ोन आने के बाद| और यह रोबोट जो विडियो को बजाते है पूरी तरह से स्वयं संचालित है| आप देखेंगे नौ रोबोट छह विभिन्न उपकरणों को बजाते हुए| और येह खास रूप से TED २०१२ के लिए बनाया गया है| आइये देखिये|

संगीत

तालियाँ