विजय कुमार: यंत्रमानव, जे उडतात ... आणि एकमेकांना सहकार्य करतात

शुभ प्रभात. आज मी इकडे आलोय ते स्वयंचलित, उडणाऱ्या चेंडूंविषयी बोलायला. नाही-नाही, ह्या अशा चपळ, हवेत उडणाऱ्या यंत्र मानवांविषयी बोलायला. मला तुम्हाला सांगायचंय, थोडंसं हे बनवताना आलेल्या अडचणींबद्दल आणि काही जबरदस्त संधींबद्दल ह्या तंत्रज्ञानाच्या वापरासंदर्भात. तर, हे यंत्रमानव मनुष्य-विरहित यानांशी निगडीत आहेत. परंतु, इथे दिसणारी याने बरीच मोठी असतात. ती हजारो पाउंड वजनाची असतात, ती कुठल्याही अर्थी चपळ नसतात. इतकेच काय, ती स्वयंचलितदेखिल नसतात. खरं तर, ह्यापैकी बरीच याने चालवली जातात फ्लाइट-क्र्यू कडून, ज्यात असतात अनेक वैमानिक, सेन्सर्स (नियंत्रित करणारे) तंत्रज्ञ आणि मिशन को-ऑर्डिनेटर्स.

आम्हाला कशात रस असेल तर तो असे यंत्रमानव बनविण्यात होता -- आणि ही इतर दोन चित्रे आहेत -- तयार, विकत मिळणार्‍या यंत्रमानवांची. तर ही अशी चार पंखांची हेलीकॉप्टर्स आहेत आणि त्यांचे माप अंदाजे एक मीटरभर लांब आहे आणि वजन आहे काही पाउंड्स. आणि असे आम्ही काही सेन्सर्स व प्रोसेसर्स बसविले आहेत, आणि हे रोबो घरातल्या घरात उडू शकतात जीपीएस शिवाय.

हे यंत्र जे मी हातात धरलं आहे ते हे आहे, आणि ते बनवलंय दोन विद्यार्थ्यांनी, अ‍ॅलेक्स आणि डॅनियल. तर ह्याचं वजन थोडंसं अधिक आहे एक दशांश पाउंडपेक्षा. त्याला १५ वॅट इतकी उर्जा लागते. आणि जसं तुम्ही बघू शकता, ह्याचा व्यास सुमारे आठ इंच आहे. तर मी तुम्हाला पटकन एक प्रात्यक्षिक दाखवतो हे रोबो कसे चालतात त्याचं.

तर ह्याला चार पंखे आहेत. हे सगळे पंखे एकाच वेगाने फिरवले, तर हा रोबो तरंगतो. ह्यातल्या प्रत्येक पंख्याची गती जर वाढवली, तर हा रोबो उडतो, वरच्या दिशेने गतिमान होतो. अर्थात्‍, ह्या रोबोला झुकवलं, थोडंसं आडवं करुन, तर तो ह्या दिशेने गतिमान होईल. तर ह्याला वळविण्यासाठी दोन पर्याय आहेत. ह्या चित्रात तुम्हाला दिसेल की चौथा पंखा जास्त वेगाने फिरतोय आणि दुसरा पंखा कमी वेगाने फिरतोय. आणि असं होतं तेव्हा त्या गतीमुळे हा रोबो कलंडतो. आणि याउलट, तुम्ही तिसऱ्या पंख्याची गती वाढविली आणि पहिल्या पंख्याची गती कमी केली, तर हा पुढे सरकतो.

आणि सगळ्यात शेवटी, तुम्ही परस्परविरुद्ध पंख्यांच्या जोड्या फिरवल्या दुसऱ्या जोडीपेक्षा अधिक वेगाने, तर रोबो उभ्या अक्षाभोवती गिरकी घेतो. तर ह्यात बसविलेला प्रोसेसर खरंतर लक्ष ठेवतो, कुठल्या हालचालींची गरज आहे ह्यावर आणि त्यांचा मेळ घालतो आणि पंख्यांच्या मोटारींना काय आज्ञा द्यायच्या ते ठरवतो सेकंदाला सहाशे वेळा ह्या वेगाने. तर अशा पद्धतीने ही वस्तू चालते.

तर ह्या डिझाईनचा एक महत्वाचा फायदा म्हणजे, तुम्ही ह्याचा आकार लहान करत गेलात, तर हा रोबो नैसर्गिकरीत्याच चपळ बनतो. तर इथे 'आर' ही आहे ह्या रोबोची मुलभूत लांबी. ती खरं बघता (पंख्याच्या) व्यासाच्या अर्धी आहे. आणि अश्या बऱ्याच भौतिक बाबी बदलतात 'आर' कमी करत जाल तशा. त्यातली सर्वांत महत्त्वाची एक म्हणजे जडत्व किंवा गती-विरोध. तर असं सिद्ध झालंय की, गतिरोध उर्जा, जी वर्तुळाकार गतीवर नियंत्रण ठेवते, ही 'आर'च्या पाचव्या घाताप्रमाणे बदलते. म्हणजे त्रिज्या जितकी लहान ठेवाल, तेवढ्याच नाट्यमयरित्या वस्तूचे जडत्व कमी होते. परिणामतः, त्याचा कोणीय प्रवेग, ज्याला इथं ग्रीक अक्षर 'अल्फा'ने संबोधलंय, तो बनतो एक भागिले 'आर'. तो त्रिज्येशी (आर) व्यस्त प्रमाणात असतो. जितका लहान 'आर' बनवाल, तितक्या चटकन्‌ तुम्ही वळवू शकता.

ह्या व्हिडीओमधून हे स्पष्ट होईल. खालच्या उजव्या कोपर्‍यात तुम्हाला एक यंत्रमानव दिसेल ३६० अंशांची कोलांटी घेताना ते ही अर्ध्या सेकंदाच्या आत. बऱ्याच कोलांट्या, अगदी थोड्याश्या जास्त वेळात. तर इथे बोर्डवरचे प्रोसेसर्स माहिती मिळवतायत गतीमापकांकडून आणि बोर्डवरच्या गायरोकडून आणि आकडेमोड करतायत, मी आधी सांगितल्याप्रमाणं, ६०० सूचना प्रती सेकंद इतक्या वेगानं हा रोबो स्थिर करण्यासाठी. तर डावीकडे तुम्हाला दिसेल डॅनियल हा रोबो वर हवेत भिरकावताना. आणि इथं दिसून येईल त्याचं नियंत्रण किती पक्कं आहे. त्याला कसंही भिरकवलं तरी, तो रोबो स्वतःला सावरतो आणि त्याच्याकडे परत येतो.

तर हे असे रोबो बनविण्याची काय गरज आहे? खरं तर अशा रोबोंचे बरेच उपयोग आहेत. तुम्ही त्यांना अश्या इमारतींच्या आत पाठवू शकता प्राथमिक टेहळणी करायला, घुसखोरांची, किंवा जैविक रसायनांच्या गळतीचा शोध घ्यायला, वायूंच्या गळतीचा. तुम्ही त्यांचा वापर करु शकता बांधकामांसारख्या क्षेत्रातही. तर हे आहेत रोबो, बीम, कॉलम वाहून नेणारे आणि घनाकृती वास्तू बांधणारे. मी तुम्हाला ह्याबद्दल थोडी अधिक माहिती देतो. हे रोबो अवजड सामान वाहून नेण्याकरिता देखील वापरता येऊ शकतात. पण ह्या लहान यंत्रमानवांच्या अडचणींपैकी एक म्हणजे त्यांची वजन वाहण्याची क्षमता. तर तुम्हाला अनेक रोबो लागतील अवजड सामान वाहण्यासाठी. हे चित्र आहे आम्ही अलिकडेच केलेल्या एका प्रयोगाचे -- खरंतर आता अगदीच अलिकडचा नाही म्हणता येणार -- सेन्दाए मध्ये भूकंपानंतर लगेचच केलेला. तर हे असे यंत्रमानव ढासळलेल्या इमारतींमध्ये पाठवता येतात नैसर्गिक आपत्तीनंतर किती हानी झाली आहे ते तपासायला, किंवा आण्विक इमारतींमध्ये सोडता येतात किरणोत्सर्गाची पातळी मोजायला.

तर एक मूलभूत समस्या जी ह्या यंत्रमानवांना सोडवावी लागते, स्वनियंत्रित बनण्यासाठी, ती म्हणजे, शोधून काढणं एका बिंदुपासून दुसऱ्या बिंदूपर्यंत कसं जायचं. तर हे जरा आव्हानात्मक बनतं कारण ह्या यंत्रमानवाचे नियंत्रण करणारे सूत्र फार क्लिष्ट आहे. खरं तर, ते १२-मितींच्या पोकळीत जगतात. मग आम्ही एक युक्ती करतो. आम्ही ही १२-मितींची पोकळी घेतो आणि रुपांतर करतो एका सपाट ४-मितींच्या जागेत. आणि हा ४-मितीय पृष्ठभाग बनलेला असतो X, Y, Z अक्षांश आणि उभ्या अक्षांशाभोवतीच्या कोनाचा.

आणि मग हा यंत्रमानव किमान क्षणिक विक्षेपमार्ग आखतो. भौतिकशास्त्राची आठवण करून देण्यासाठी सांगतो, तुमच्याकडे आहे स्थळ, व्युत्पादन, गती, शिवाय प्रवेग, आणि त्यानंतर येतो धक्का आणि त्यानंतर येते क्षणिक झेप. तर हा रोबो क्षणिक झेप कमीत कमी ठेवतो. परिणामतः होतं असं की हालचाल अगदी सुलभ आणि सुडौल होते. आणि तो हे सगळं अडथळे चुकवत करतो. तर ह्या सपाट पृष्टभागातील किमान क्षणिक विक्षेपमार्गाचे रुपांतर पुन्हा करण्यात येते ह्या क्लिष्ट १२-मितींच्या पोकळीत, जे ह्या रोबोला करावं लागतं नियंत्रण आणि मग कृतीसाठी.

तर काही उदाहरणं मी दाखवेन हा किमान क्षणिक विक्षेपमार्ग म्हणजे काय याची. आणि पहिल्या चित्रफितीमध्ये, तुम्हाला दिसेल हा यंत्रमानव एका बिंदुकडून दुसर्‍या बिंदूकडे जाताना एका मध्यवर्ती बिंदूमधून. म्हणजे हा रोबो अर्थातच समर्थ आहे कुठलेही वळणदार मार्गक्रमण करण्यास. तर ह्या वर्तुळाकार मार्गाकक्षा आहेत जिथे हा यंत्रमानव सुमारे दोन 'G' अक्षरे रेखाटतो. इथे आपण हालचाली टिपणारे कॅमेरे वरती बसविले आहेत जे त्या रोबोला त्याच्या स्थितीची माहिती देतात, सेकंदाला शंभर वेळा. ते यंत्रमानवाला मार्गातल्या अडथळ्याबद्दलही माहिती पुरवितात. आणि हे अडथळे हलणारेसुद्धा असू शकतात. आणि इथे तुम्ही बघू शकता की डानियेल हि चकती हवेत भिरकावितो आहे आणि यंत्रमानव त्या चकतीच्या स्थितीचा अचूक अंदाज घेतोय आणि तिच्या आतून कसा मार्ग काढायचा ह्याची आकडेमोड करतोय. तर विद्यार्थीदशेत असताना, आम्हाला अडथळ्यांतून मार्ग काढण्याचं नेहमीच प्रशिक्षण दिलं जातं जेणेकरून आमच्या प्रयोगशाळेसाठी निधी उभा करू शकू, आणि आम्ही आमच्या यंत्रमानवांकडूनही ते करून घेतोय.

(टाळ्या)

आणखी एक गोष्ट हे यंत्रमानव करू शकतात ती म्हणजे लक्षात ठेवणं, पूर्वी मार्गक्रमण केलेला भाग जो त्याने शिकलेला किंवा त्यात भरलेला असतो. तर इथे तुम्ही बघता कि हा यंत्रमानव चालना प्राप्त करता करता आपली दिशा बदलतो आणि (त्यातून) सावरतो सुद्धा. त्याला हे करावं लागतं कारण इथल्या ह्या खिडकीची लांबी त्याच्या स्वतःच्या लांबीपेक्षा थोडीशीच जास्त आहे. ज्याप्रमाणे एखादा जलतरणपटू चालना प्राप्त करण्यासाठी उंचावरून उडी मारतो आणि वेटोळे घेत ह्या अडीच कोलांट्या उड्या मारत सुंदररित्या (शेवटी) स्वतःला सावरतो, तसंच काहीसं हा यंत्रमानव इथे करतो. त्याला हे ज्ञात असतं की छोट्या छोट्या विक्षेपमार्गांना एकत्र करून हे बऱ्यापैकी कठीण काम कसं करायचं ते.

मला इथे (आपले लक्ष) थोडेसे दुसरीकडे वळवायचे आहे. ह्या छोट्या यंत्रमानवांच्या तोट्यांपैकी एक म्हणजे ह्याचा आकार. आणि मी तुम्हाला आधीच सांगितलंय की आपल्याला खूप-खूप रोबो वापरावे लागतील लहान आकाराच्या ह्या मर्यादेवर मात करण्यासाठी. तर एक समस्या म्हणजे अश्या अनेक यंत्रमानवांमध्ये सुसूत्रता कशी साधणार? आणि इथे आम्ही निसर्गाचा आधार घेतला. तर मला तुम्हाला एक चित्रफित दाखवायची आहे अफेनोगास्टर नावाच्या वाळवंटी मुंग्यांची प्राध्यापक स्टिवन प्रॅट यांच्या प्रयोगशाळेत, एक वस्तू वाहून नेत असताना. हा तर अंजीराचा एक तुकडा आहे. खरं तर तुम्ही कुठल्याही वस्तूला गोड रस लावा आणि मुंग्या त्याला वारूळापर्यंत ओढत नेतील. तर ह्या मुंग्यांचा कोणीही मध्यवर्ती समन्वयक नसतो. त्या आपल्या शेजाऱ्याचा अंदाज घेतात. इथे कुठल्याही प्रकारचा प्रत्यक्ष संवाद नसतो. पण त्या शेजाऱ्यांचा कानोसा घेत असल्यामुळे, आणि वस्तूचा अंदाज घेत असल्यामुळे, त्यांच्या गटामध्ये अदृश्य समन्वय साधला जातो.

तर अश्या प्रकारचा समन्वय आम्हाला आमच्या रोबोंमध्ये हवाय. तर जेव्हा आपल्याकडे एक रोबो आजूबाजूला शेजार्‍यांच्या घोळक्यात असेल -- आणि जसे हे यंत्रमानव 'आय' आणि 'जे' -- आपल्याला असं हवंय की त्या रोबोंनी लक्ष ठेवायचंय त्यांच्यातल्या अंतरावर एका विशिष्ट आकाराच्या थव्यात उडताना. आणि तुम्हाला ह्याचीही खबरदारी घ्यायची आहे की हे अंतर सुरक्षित अंतराच्या मर्यादेमध्ये आहे. तर पुन्हा हे रोबोच ह्या एरर वर लक्ष ठेवतात आणि आकडेमोड करतात नियंत्रण आदेशांची सेकंदाला १०० या वेगाने, ज्यांचे नंतर रुपांतर होते मोटारीच्या आज्ञांमध्ये, सेकंदाला ६०० इतक्या वेगाने. त्यामुळे हे करावे लागते काहीश्या विकेंद्रित मार्गांनी. परत, जर तुमच्याकडे खूप-खूप यंत्रमानवांचा ताफा असेल तर (एखादे) काम करण्यासाठीची माहिती मध्यवर्ती स्वरूपात जलद गतीने सगळ्या रोबोंपर्यंत पोहोचविणे अशक्यप्राय असते. शिवाय प्रत्येक यंत्रमानवाला त्याच्या हालचालीचा निर्णय घ्यायचा असतो त्याच्या स्थानिक माहितीवरच, जी त्याला त्याच्या शेजाऱ्याकडून मिळते. आणि अखेरीस, आम्हाला हवंय की हे यंत्रमानव त्यांच्या शेजाऱ्याबद्दल साशंक असावं. ह्यालाच आपण निनावीपणा म्हणतो.

आता मला तुम्हाला एक चित्रफित दाखवायची आहे ज्यात असे २० यंत्रमानव विशिष्ट आकाराच्या थव्यात उडताना दिसतील. ते त्यांच्या शेजाऱ्याच्या परिस्थितीवर लक्ष ठेवून आहेत. ते थव्याचा आकारही शाबूत ठेवत आहेत. थव्याचा आकार बदलू शकतो. एक-प्रतलीय थवे बनवू शकतात, ते त्रि-मितीय आकारात बनवू शकतात. जसं तुम्हाला इथे दिसेल, की ते त्रिमितीय थवा मोडून सपाट थव्यात येतात आणि अडथळ्यातून मार्ग काढण्यासाठी ते उडता उडताच थव्याचा आकार बदलू शकतात. मग पुन्हा, हे यंत्रमानव एकमेकाच्या खूप जवळ येतात. तुम्ही ह्या आठ आकड्याच्या उड्डाणात बघू शकता की ते एकमेकांच्या फक्त इंचभर दूर इतक्या जवळ येतात आणि त्यांच्या पंखांच्या वायुगतीशास्त्रीय देवघेवीनंतरही ह्या फिरत्या पात्यांच्या, ते स्थिर जागा शाबूत ठेवतात.

(टाळ्या)

एकदा का तुम्हाला विशिष्ट आकाराच्या थव्यात कसं उडायचं हे कळलं, की तुम्ही एकत्रितपणे वस्तू उचलू शकता. ह्यातून आपल्याला असं दिसतंय की आपण दुप्पट, तिप्पट, चौपट करु शकतो ह्या रोबोंचं बळ फक्त शेजार्‍यांशी त्यांचा समन्वय साधून, इथं दिसतंय त्याप्रमाणं. असं करण्याचा एक तोटा म्हणजे, जसजशी तुम्ही ह्याची व्याप्ती वाढविता -- जर तुमच्याकडे खूप यंत्रमानव एखादी वस्तू वाहून नेत असतील, तर तुम्ही परिणामतः जडत्व वाढवित असता, आणि त्याची किंमत द्यावी लागते, ते इतके चपळ रहात नाहीत. पण तुम्ही वाहून नेण्याची क्षमता वाढविता.

मला आणखी एक उपयोग तुम्हाला दाखवायचा आहे -- परत, हे आमच्या प्रयोगशाळेतील आहे. हे माझ्या एका पदवी शिक्षण घेणाऱ्या विद्यार्थ्याने, क्वेंतीन लिंडसे ने केलेले काम आहे. त्याने बनविलेली आज्ञावली ह्या यंत्रमानवाना सांगते कशी स्वतंत्ररित्या उभारायची घनाकृती रचना बांधीव घटकांपासून. तर ही आज्ञावली रोबोला सांगते काय उचलायचे, केव्हा आणि कुठे ठेवायचे. तर ह्या चित्रफितीमध्ये तुम्हाला दिसेल, जी १० ते १४ पट अधिक वेगाने दाखविली जात आहे -- तुम्ही बघू शकता की हे यंत्रमानव तीन वेगवेगळ्या रचनांची बांधणी करत आहेत. आणि हे सगळं स्वयंचलित आहे, आणि क्वेंतीनला काय करायचंय तर फक्त त्यांना आराखडा द्यायचाय त्याला बांधायच्या डिझाइनचा.

तर आतापर्यंत तुम्ही पाहिलेले हे सगळे प्रयोग, ही सगळी प्रात्याक्षिके, हालचाली टिपणाऱ्या यंत्रणेच्या मदतीने केली आहेत. पण काय होतं जेव्हा तुम्ही प्रयोगशाळेतून बाहेर पडता आणि बाहेरच्या जगात जाता? आणि तिकडे जीपीएस नसेल तर मग काय? त्यासाठी हा यंत्रमानव सुसज्ज आहे एक कॅमेरा आणि किरणांच्या सहाय्याने अंतर मोजणारे यंत्र, किरणे मोजणारे यंत्र ह्यांनी. आणि ह्या सेन्सर्सचा उपयोग करून तो सभोवतालचा नकाशा तयार करू शकतो. त्या नकाशात असते माहिती -- दरवाजे, खिडक्या, लोकं, फर्निचर ह्यांची -- आणि मग तो आपलं स्थान शोधून काढतो ह्या वस्तूंच्या संदर्भाने. इथे कुठलीही वैश्विक अक्षांश-रेखांश यंत्रणा नसते. ही यंत्रणा बेतलेली असते, त्या यंत्रमानवावर, तो कुठे आहे आणि कुठे बघतोय ह्यावर. आणि त्यानुसार तो आपली पुढची हालचाल ठरवितो.

तर मला तुम्हाला एक क्लिप दाखवायची आहे आज्ञावलींची, ज्या बनवल्या फ्रान्क शेन आणि प्राध्यापक नाथन माइकल यांनी ज्यात हा यंत्रमानव दाखवलाय एका इमारतीमध्ये अगदी पहिल्यांदाच शिरताना आणि उडता-उडताच हा नकाशा बनविताना. त्यात हा ठरवितो कि ह्या इमारतीची काय काय वैशिष्ट्ये आहेत. (आणि) नकाशा बनवितो. तो स्वतः ह्या पासून किती अंतरावर आहे हे ठरवून, सेकंदाला १०० वेळा, मी आधी उल्लेख केलेल्या नियंत्रण करणाऱ्या आज्ञावलीचा वापर करण्याची मुभा देतो. (खरंतर) हा यंत्रमानव फ्रान्क दूरवरून नियंत्रित करत आहे. पण हा यंत्रमानव कुठे जायचं हे स्वतःसुद्धा ठरवू शकतो. तर समजा मला ह्याला एका अश्या इमारतीमध्ये पाठवायचे आहे ज्याची मला अजिबात कल्पना नाही, तर मी ह्याला तिथे जाऊन नकाशा तयार करून परत यायला आणि मला ते कसं दिसतं ह्याबद्दल सांगायला सांगू शकतो. इथे (हा) यंत्रमानव फ़क़्त इतकंच शोधत नाहीये कि बिंदू A पासून बिंदू B पर्यंत कसे जायचे, पण तो हे हि शोधतो की सतत सर्वोत्तम B कुठे आहे. त्यामुळे त्याला माहिती असते की कुठे जायचे आहे ज्याची माहिती (त्याच्याकडे) नाहीये. आणि अश्याप्रकारे तो हा नकाशा बनवितो.

मला तुम्हाला आता एक शेवटचे उदाहरण दाखवायचे आहे. आणि (ह्याचे) असे बरेचसे उपयोग आहेत. मी एक प्राध्यापक आहे आणि आम्ही शिक्षणाबद्दल खूपच प्रेरित आहोत. ह्यासारखे यंत्रमानव बालवर्गापासून अगदी बारावीपर्यंतच्या शिक्षणाची पद्धतच बदलू शकतात. पण आम्ही दक्षिण कॅलिफोर्निया (रहात) मध्ये आहोत, लॉस अन्जेलीसच्या जवळ. त्यामुळे आम्हाला (ह्याचा) शेवट काहीतरी करमणुकीतून करणं भाग आहे. मला (ह्याचा) शेवट एका ध्वनी चित्रफितीतून करायचा आहे. मी ह्याच्या निर्माणकर्त्यांची ओळख करून देऊ इच्छितो, अलेक्स आणि डानियेल ह्यांनी हे बनविले आहे.

(टाळ्या)

हे सुरु करण्यापूर्वी मला तुम्हाला सांगायचे आहे की, हे त्यांनी मागील ३ दिवसात तयार केले आहे, क्रिस कडून (इथे) बोलावणे आल्यानंतर. आणि जे यंत्रमानव ह्यात दिसतात ते पूर्णपणे स्वयंचलित आहेत. तुम्हाला नऊ यंत्रमानव सहा वाद्य वाजवताना दिसतील. आणि अर्थातच हे खास टेड २०१२ साठी बनविलं आहे. चला तर (हे) बघूया.

(संगीत)

(टाळ्या)