Dennis Hong: Le mie sette specie di robot

Dunque, il primo robot di cui parlare si chiama STriDER. Sta per Robot Sperimentale Auto-eccitante Tripede Dinamico. E' un robot che ha tre gambe, cosa inspirata dalla natura. Ma avete mai visto in natura un animale con tre gambe? Probabilmente no. Quindi, perchè lo chiamo robot "biologicamente-inspirato"? Come potrà mai funzionare? Ma prima di questo, guardiamo alla cultura pop. Conoscete il racconto ed il film di H.G.Wells "La Guerra dei Mondi". E quello che vedete qui è un popolarissimo videogame. Nella storia descrivono queste creature aliene come robot con tre gambe che terrorizzano la Terra. Ma il mio robot, STriDER, non si muove così.

Ora, questa è una simulazione animata dinamica. Vi sto per mostrare come funziona il robot. Ruota il corpo di 180 gradi. oscilla la sua gamba tra le sue due gambe per fermare la caduta. Quindi, ecco come cammina. Ma quando guardiamo a noi stessi esseri umani, bipedi, quello che fai è che non stai usando un muscolo per sollevare la gamba e camminare come un robot. Giusto? Quello che davvero fai è oscillare la gamba e bloccare la caduta, rialzarti di nuovo, oscillare la gamba e bloccare la caduta. Usando la tua dinamica incorporata, la fisicità del tuo corpo, proprio come un pendolo. Lo chiamiamo il concetto della locomozione dinamica passiva. Quello che stai facendo è, quando ti alzi, da energia potenziale a energia cinetica, da energia potenziale a energia cinetica. E' un processo di caduta continua. Quindi, anche se non c'è niente in natura che assomigli a questo, ci siamo davvero inspirati alla biologia e abbiamo applicato i principi della camminata a questo robot, pertanto è un robot inspirato dalla biologia.

Quello che vedete qui, è quello che vogliamo fare in seguito. Vogliamo piegare le gambe e lanciarle per un movimento a lungo raggio. E poi dispiega le gambe, sembra quasi come Star Wars. Quando atterra, attutisce l'impatto e inizia a camminare. Quello che vedete qui, questa cosa gialla, non è un raggio della morte. E' solo per mostrarvi che se avete telecamere o altri tipi di sensori perchè è alto, è alto 1,8 metri, potete vedere ostacoli come cespugli e cose del genere.

Perciò abbiamo due prototipi. La prima versione, nello sfondo, è lo STriDER I. Quello di fronte, il più piccolo, è lo STriDER II. Il problema che avevamo con lo STriDER I è che era troppo pesante sul corpo. Avevamo così tanti motori, sapete, per allineare le articolazioni, e questo tipo di cose. Quindi, abbiamo deciso di sintetizzare un meccanismo meccanico per poterci liberare di tutti i motori, e con un singolo motore poter coordinare tutti i movimenti. E' una soluzione meccanica ad un problema, invece di usare la meccatronica. Così, adesso, il corpo è leggero abbastanza da poter camminare in un laboratorio. Questo è stato il primo vero passo riuscito. Non è ancora perfetto. Il caffè cade, perciò abbiamo ancora molto lavoro da fare.

Il secondo robot di cui voglio parlare si chiama IMPASS. Sta per Piattaforma Mobile Intelligente con Sistema Azionato a Raggi. Quindi, è un robot ibrido con delle gambe-ruote. Dunque, pensa a una ruota senza montatura, o una ruota a raggi. Ma i raggi si muovono individualmente dentro e fuori dal perno. Perciò,è un ibrido "gamba-ruota". Stiamo letteralmente reinventando la ruota qui. Lasciate che vi dimostri come funziona. In questo video stiamo usando un approccio chiamato approccio reattivo. Usando semplicemente i sensori tattili nei piedi, sta cercando di camminare in un terreno mutevole, un terreno morbido che affonda e cambia. E solo con l'informazione tattile ha attraversato con successo questo tipo di terreno.

Ma, quando incontra un terreno veramente estremo, in questo caso, questo ostacolo è piu di tre volte l'altezza del robot, Allora passa in modalità di ponderazione, dove usa un telemetro laser, e sistemi di telecamere, per identificare l'ostacolo e la dimensione, e pianifica, pianifica con cura il movimento dei raggi, e li coordina in modo tale da mostrare questa mobilità davvero impressionante. Probabilmente non avete sentito niente del genere fuori da qui. Questo è un robot con una altissima mobilità che abbiamo sviluppato, chiamato IMPASS. Ah! non è fichissimo?

Quando guidi la macchina, quando sterzi con la tua auto, usi un metodo chiamato geometria di Ackermann. Le ruote davanti ruotano cosi. Per la maggior parte di questi robot con piccole ruote usano un metodo chiamato differenziale di sterzo in cui la ruota sinistra e quella destra girano nelle opposte direzioni. Per IMPASS, possiamo fare molti molti diversi tipi di movimenti. Per esempio, in questo caso, anche se la ruota destra e la sinistra sono connesse con un singolo asse, ruotando allo stesso angolo di velocità. Abbiamo semplicemente cambiato la lunghezza del raggio. Ciò influisce sul diametro, e quindi gira a sinistra, gira a destra. Ecco, questi sono solo alcuni esempi di cose interessanti che possiamo fare con IMPASS.

Questo robot si chiama CLIMBeR, Robot diviso in parti sospese a cavi con comportamento intelligente. Ho parlato con molti scienziati NASA, al Laboratorio di Propulsione Jet sono famosi per i fuoristrada utilizzati su Marte. E gli scienziati,geologi, mi dicono sempre che la scienza veramente interessante, i siti ricchi di scienza, sono sempre nei dirupi. Ma i fuoristrada attuali non riescono a raggiungerli. Così, ispirati da ciò, abbiamo voluto costruire un robot, che può arrampicarsi su un ambiente scosceso.

Perciò, questo è CLIMBeR. Dunque, cosa fa, ha tre gambe. Probabilmente è difficile da vedere, ma ha un verricello e un cavo all'estremità superiore. E cerca sempre di trovare il posto migliore per mettere i piedi. E una volta che l'ha trovato in tempo reale calcola la distribuzione della forza. Quanta forza deve esercitare sulla superficie così da non inclinarsi e non scivolare. Una volta che ha stabilito ciò, solleva un piede, e poi col verricello, può arrampicarsi su questi tipi di ambienti. Anche per operazioni di ricerca e salvataggio.

In realtà, cinque anni fa, lavorai al Laboratorio Propulsione Jet della NASA, durante l'estate come studente di facoltà. E già avevano un robot a sei gambe chiamato LEMUR. Ora, questo si basa proprio su quello. Questo robot si chiama MARS, Sistema Robotico Multi-Appendice. E' un robot a sei gambe. Abbiamo sviluppatto la nostra andatura pianificata adattabile. Abbiamo un interessante carico su questo qui. Agli studenti piace divertirsi. E qui potete vedere che sta camminando su un terreno non strutturato. Sta cercando di camminare nel terreno grezzo, aree sabbiose. ma a seconda del contenuto di umidità o dalla dimensione dei granelli di sabbia l'affindamento del piede nel terreno cambia. Quindi, cerca di adattare la sua andatura per attraversare con successo questi tipi di terreni. E fa anche delle cose divertenti, come si può immaginare. Abbiamo davvero molti visitatori nel nostro laboratorio. E, quando i visitatori arrivano, MARS cammina verso il computer, inizia a digitare "Ciao , mi chiamo MARS." Benvenuti a RoMeLa, il Laboratorio di Meccanismi Robotici al Virginia Tech.

Questo robot è un robot ameba. Ora, non abbiamo abbastanza tempo per entrare nei dettagli tecnici, Vi mostrerò solo alcuni esperimenti. Dunque,questi sono alcuni dei primi esperimenti di fattibilità. Immagazziniamo energia potenziale nella pelle elastica per farla muovere. O usiamo una corda a tensione attiva per farlo muovere avanti e indietro. Si chiama ChIMERA. Abbiamo anche lavorato con alcuni scienziati e ingegneri della Università della Pennsylvania per realizzare una versione chimicamente attivata di questo robot-ameba. Aggiungiamo qualcosa a qualcosa e come per magia, si muove. Il blob.

Questo robot è un progetto molto recente. Si chiama RAPHaEL. Mano Robotica Alimentata ad Aria con Legamenti Elastici. Ci sono un sacco di graziose e ottime mani robotiche sul mercato. Il problema è che sono troppo costose, decine di migliaia di dollari, Perciò, per l'applicazioni di protesi non è probabilmente molto pratico, perchè non è conveniente. Volevamo affrontare questo problema con un approccio molto differente. Invece di usare motori elettrici, attuatori elettromeccanici, usiamo aria compressa. Abbiamo sviluppato questi recenti attuatori per le articolazioni. E' molto obbediente. Puoi cambiare la forza, semplicemente cambiando la pressione dell'aria. E può anche schiacciare una lattina vuota. Può sollevare oggetti delicati come un uovo crudo, o in questo caso, una lampadina. La cosa migliore, ci sono voluti solo 200 dollari per fare il primo prototipo.

Questo robot è in effetti una famiglia di robot serpenti che chiamiamo HyDRAS, Robot Serpentino articolato con Iper Motilità. E' un robot che può arrampicarsi sulle strutture. Questo è un braccio dell' HyDRAS. E' un braccio con 12 gradi di libertà di movimento. Ma la parte interessante è l'interfaccia utente. Il cavo qua, è una fibra ottica. E questa studentessa, probabilmente è la prima volta che lo sta usando, ma può articolarlo in un sacco di modi diversi. Quindi, ad esempio in Iraq, sapete, la zona di guerra, ci sono autobombe sulla strada. Al momento si mandano questi veicoli a controllo remoto che hanno delle braccia. Ci vuole molto tempo ed è molto costoso addestrare l'operatore ad operare con questo braccio complesso. In questo caso è molto intuitivo. Questo studente, probabilmente è la prima volta che lo usa, sta eseguendo compiti di manipolazione molto complessi, sollevando oggetti e manipolandoli, così ,molto intuitivamente.

Ora, questo robot è al momento la nostra star. Abbiamo un fan club per il robot DARwIn, Robot Dinamico Antropomorfo con Intelligenza. Come sapete siamo molto interessati ai robot umanoidi, alla camminata umana, così abbiamo deciso di costruire un piccolo robot umanoide. Questo è stato nel 2004, a quell'epoca questo era qualcosa di davvero davvero rivoluzionario. Questo era più di uno studio di fattibilità, che tipo di motori dovremmo usare? E' una cosa possibile? Che tipo di controlli dovremmo fare? Allora, questo non ha nessun tipo di sensori. E' un controllo a circuito aperto. Per quelli di voi che forse lo sanno, se non hai nessun sensore e c'è una interferenza, sapete cosa succede. (risate)

Quindi, sulla base di quel successo, l'anno successivo abbiamo fatto la corretta progettazione meccanica iniziando dalla cinematica. E così, DARwIn I è nato nel 2005. Si alza. Cammina, è davvero impressionante. Ad ogni modo, ancora, come potete vedere, ha un cordone, un cordone ombelicale. Perciò stiamo ancora usando fonti di energia esterne, e calcoli esterni.

Così, nel 2006, è davvero tempo di divertirsi. Diamogli un'intelligenza. Gli diamo tutto il potere di calcolo di cui ha bisogno, un chip da 1.5 gigahertz Pentium M due telecamere Firewire, 8 giroscopi, accelerometri, quattro coppie di sensori nel piede, batterie al litio. E adesso DARwIn II è completamente autonomo. Non ha controllo remoto. Non ha attacchi. Si guarda intorno, cerca la palla, guarda intorno, cerca la palla, e cerca di giocare a calcio, autonomamente, con intelligenza artificiale. Vediamo come va. Questo è stato il nostro vero primo tentativo, e....Goal!

Ora, c'è effettivamente una competizione chiamata RoboCup. Non so quanti di voi ha sentito parlare di RoboCup. E' una competizione internazionale di calcio con robot autonomi. E lo scopo del RoboCup, il vero scopo è, entro il 2050 vogliamo avere robot umanoidi autonomi a grandezza naturale che giocano a calcio contro i campioni umani della World cup e vincono. E' un vero scopo. E' un traguardo molto ambizioso, ma crediamo davvero di potercela fare.

Ora, questo è l'anno scorso in Cina. Siamo stati il primo vero team negli USA che si sono qualificati nella competizione di robot umanoidi. Questo è di quest'anno, in Austria. State per vedere l'azione, tre contro tre, completamente autonoma. Ecco qua. Si! I robots inseguono e loro giocano, i giocatori giocano tra loro. E' davvero impressionante. E' davero un evento di ricerca racchiuso in un più eccitante evento di competizione. Quello che vedete qua, questo è la bellissima coppa trofeo Louis Vuitton. Ora, questa è per il miglior umanoide, e vorremmo portarla per la prima volta negli Stati Uniti il prossimo anno, perciò augurateci buona fortuna. Grazie. (applausi)

DARwIn ha anche molti altri talenti. L'anno scorso ha diretto la Roanoke Symphony Orchestra per il concerto di Natale. Questo è il robot di nuova generazione, DARwIn IV, ma più intelligente, veloce , forte. E sta cercando di mostrare le sue capacità. "Sono un macho, sono forte". Posso anche fare qualche mossa alla Jackie Chan, mosse di arti marziali. (risate) E se ne va via. Quindi, questo è DARwIn IV, potrete vederlo nell'atrio d'ingresso. Crediamo davvero che questo sarà il primo vero corridore robot umanoide negli Stati Uniti. Perciò, restate sintonizzati.

D'accordo, vi ho mostrato alcuni dei nostri eccitanti robot al lavoro. Ora, qual è il segreto del nostro successo? Da dove usciamo fuori con certe idee? Come sviluppiamo questo tipo di idee? Abbiamo un veicolo completamente autonomo che può guidare in un ambiente urbano. Abbiamo vinto mezzo milione di dollari nella competizione urbana DARPA. Abbiamo anche l'unico veicolo al mondo che può essere guidato dai ciechi. La chiamiamo la sfida del guidatore cieco, molto eccitante, e molti molti altri progetti di robot di cui vi voglio parlare. Questi sono solo i premi che abbiamo vinto nell'autunno 2007, da competizioni robotiche e simili.

Quindi, davvero abbiamo 5 segreti. Il primo è dove prendiamo l'ispirazione, dove prendiamo la scintilla dell'immaginazione? Questa è una storia vera, la mia storia personale. Di notte quando vado a dormire, alle 3 o 4 di mattina, mi sdraio, chiudo gli occhi , e vedo queste linee e cerchi e forme diverse che fluttuano intorno, e si assemblano, e formano questi tipi di meccanismi. E allora penso "Ah, questo è fico". Perciò, vicino al letto tengo un blocco note, un diario, con una penna speciale che ha una luce, una luce LED, perchè non voglio accendere la luce e svegliare mia moglie.

Quindi,vedo queste cose, scarabocchio tutto nel blocco, disegno cose, e vado a letto. Ogni giorno al mattino, la prima cosa che faccio prima della mia prima tazza di caffè, prima di lavarmi i denti, apro il mio blocco note. Molte volte è vuoto, a volte c'è qualcosa, a volte c'è spazzatura, ma la maggior parte delle volte non riesco nemmeno a leggere la mia scrittura. Bè, alle 4 di mattina , che vi aspettate, no? Perciò, devo decifrare quello che ho scritto. Ma a volte ci vedo questa idea geniale , e ho questo momento di "Eureka!" Mi fiondo al mio studio, mi siedo al computer, scrivo le idee, faccio delle bozze, e tengo un database delle idee. Perciò,quando riceviamo chiamate per presentare proposte cerco di trovare un'unione tra le mie idee potenziali e il problema, se c'è un riscontro scriviamo una proposta di ricerca, otteniamo i fondi per la ricerca, ed è cosi che iniziamo il nostro porgramma di ricerca.

Ma una sola scintilla di immaginazione non è abbastanza. Come sviluppiamo questo tipo di idee? Al nostro laboratorio RoMeLa, il Laboratorio di Meccanismi Robotici, abbiamo queste fantastiche riunioni di brainstorm. Quindi, ci riuniamo, e discutiamo dei problemi e delle questioni sociali e ne parliamo. Ma prima di iniziare stabiliamo questa regola d'oro. La regola è: nessuno critica le idee di nessuno. Nessuno critica nessuna opinione. Questo è importante, perchè molte volte, gli studenti, hanno paura o si sentono a disagio con quello che gli altri potrebbero pensare delle loro opinini e pensieri.

Quindi, una volta fatto questo, è stupefacente come gli studenti si aprono. Hanno queste bizzarre pazze e brillanti idee, l'intera stanza è elettrificata da energia creativa. Ed è così che sviluppiamo le nostre idee.

Bene, il nostro tempo sta per finire, un'ultima cosa di cui vorrei parlarvi è sapete, solo una scintilla di idea e sviluppo non è sufficiente. C'è stato un grande intervento su TED, credo fosse di Sir Ken Robinson, giusto? Ha fatto una discussione su come l'educazione e la scuola uccidono la creatività. Bene, in realtà ci sono due parti della storia. Ora, ci sono talmente tante cose che uno può fare semplicemente con idee astute e creatività e e buona intuizione tecnica. Se vuoi andare oltre un bricolage, se vuoi andare oltre un hobby di robotica e affrontare davvero le grandi sfide della robotica attraverso ricerche rigorose serve più di questo. Ed è qui che entra in gioco la scuola.

Batman, che combatte contro i cattivi, ha la sua cintura di attrezzi,ha il suo rampino, ha tutti i vari tipi di gadgets. Per noi roboticisti, ingegneri e scienziati, questi strumenti, sono i corsi e le lezioni che voi prendete in classe. Matematica, equazioni differenziali. I ho algebra lineare, scienza, fisica, anche adesso, chimica e biologia, come avete visto. Questi sono tutti gli strumenti che ci servono. Perciò, più strumenti hai, per Batman è più efficace combattere i cattivi, per noi, abbiamo più strumenti per attaccare questi grossi tipi di problemi. Perciò, l'educazione è molto importante.

Inoltre, non è questo, non solo questo, dovete anche lavorare molto molto duramente. I dico sempre ai miei studenti lavorate intelligentemente, poi lavorate sodo. Questa immagine qua dietro è delle 3 di mattina. Vi garantisco che se venite al nostro laboratorio alle 3, le 4 di mattina, abbiamo studenti che stanno lavorando, non perchè sono io a dirglielo, ma perchè ci stiamo davvero divertendo un sacco. Il che ci porta all'ultimo argomento. Non dimenticate di divertirvi. Questo è il vero segreto del nostro successo. Ci divertiamo davvero tanto. Credo davvero che la produttività maggiore esce fuori quando ti stai divertendo. Ed è quello che facciamo. Ecco qua. Grazie mille. (applausi)