Return to the talk Watch the talk

Subtitles and Transcript

Select language

Translated by Lam Bentham
Reviewed by Michael Ge 葛叔

0:22 如果呢台機器可以做運動 意味著乜嘢? 我哋會借助四旋翼飛行器(四旋翼) 去展示機器運動嘅概念 同埋我哋喺機器運動方面嘅研究

0:37 四旋翼已經面世好耐 佢哋最近大熱嘅原因 係因為佢哋嘅機械原理簡單 只要控制呢四個螺旋槳嘅轉速 呢部機器就可以翻側、俯仰、偏航 仲可以向任何一個方向加速 呢部機器有電池、微型電腦 各種傳感器同無線電收發器

0:58 四旋翼靈活係有代價嘅 佢天生唔夠穩定 所以需要自動反饋控制 至保證可以飛得到

1:15 咁點樣做到自動反饋呢? 天花板嘅攝像鏡頭同呢部手提電腦 形成咗室內嘅定位系統 用嚟定位空間入面嘅物件 每件物件都有呢種反光標記 收集到嘅定位數據會發送去 另一部手提電腦 執行估算同控制算法 跟住電腦會發送控制指令畀四旋翼 四旋翼亦都會執行計算同控制算法 我哋研究嘅重點就係算法 算法賦予呢啲機器活力

1:47 咁係點樣設計出算法 令機器可以郁嘅呢? 我哋利用廣義稱為 「以模型為基礎嘅設計方法」 我哋首先利用數學模型 掌握機器運動嘅物理數據 然後用數學嘅一個細分學科 叫做控制理論,分析模型同合成算法 從而控制四旋翼 例如,我哋係咁樣控制四旋翼︰ 首先,用一系列微分方程 掌握佢嘅運動數據 藉著控制理論,我哋修改呢啲方程式 得出一啲算法嚟穩定四旋翼

2:22 等我示範下呢種方法有幾厲害啦 假設我哋想四旋翼停喺空中之外 仲要穩定一轆棍 經過簡單練習 人類已經可以做到呢個動作 雖然我哋比四旋翼有優勢 我哋可以雙腿掂地 有好靈活嘅雙手輔助 但如果我金雞獨立嘅話,咁就有啲難 注意轆棍頂部有反光標記 用嚟判斷轆棍嘅空間座標 (觀眾)哦!

3:04 (掌聲)

3:09 大家可以睇到部四旋翼一直喺度微調 令轆棍平衡 我哋係點樣設計算法搞掂嘅呢? 我哋將轆棍嘅數學模型輸入到四旋翼 只要我哋個模型有齊 四旋翼同轆棍嘅資料 我哋就可以利用控制理論 建立控制算法去控制四旋翼 睇下,就算我郁佢一下 佢都穩如泰山,都會返到去平衡點

3:39 我哋仲可以修改模型 加入四旋翼預定嘅空間座標 用著呢條有反光標記嘅指揮棒 就可以點四旋翼去任何我想嘅位置 而且同我保持特定嘅距離 (笑聲) 呢啲特技動作嘅關鍵係算法 算法依賴數學模型同控制理論 等我指部四旋翼返嚟先 畀四旋翼放低轆棍 宜家我會講解 理解物理模型 同現實世界運作規律嘅重要 留意喺我放杯水上去嘅時候 四旋翼嘅高度下降咗 唔似轆棍咁樣 我無喺四旋翼系統度 加入杯水嘅數學模型 事實上,系統根本唔知道杯水喺度 同之前一樣,我可以用指揮棒 指揮四旋翼嘅走向 (掌聲)

5:04 大家可能會問 點解玻璃杯嘅水唔會倒出嚟? 原因有兩個: 第一,重力對所有物體嘅作用都係一樣 第二,所有螺旋槳都指向 同玻璃杯一樣嘅方向︰指向上 呢兩點加埋,結果就係 杯水打側方向嘅作用力太細 四旋翼亦因此主要受到空氣動力控制 所以向側邊嘅力都可以忽略 亦因為咁,你無需為玻璃杯整數學模型 因為無論四旋翼做咩,水都唔會漏出嚟

5:49 (掌聲)

5:56 喺度想講嘅係 某啲高性能任務簡單過其他任務 同埋,理解問题背後嘅物理 你就可以知道邊樣簡單、邊樣難 呢個例子裏面 四旋翼頂住杯水飛就簡單 平衡轆棍就難

6:13 我哋都聽過運動員受傷都可以完成壯舉 咁機器可唔可以 喺極度損壞嘅情況下運作? 傳統科學認為,你要飛 起碼要四塊固定螺旋槳 因為要控制四範嘢︰ 滾轉、俯仰、偏航同加速 六旋同八旋飛行器 分別有六同八塊螺旋槳 佢哋嘅螺旋槳足以應付所需 但係四旋更加受歡迎 因為佢有最少嘅螺旋槳:四套 係咪? 如果我哋分析呢台 只用兩個螺旋槳嘅機器嘅數學模型 我哋發現有種新嘅方式可以令佢飛起嚟 就係只要算法容許嘅話 我哋放棄控制偏航 但係我哋仍然控制滾轉、俯仰同加速 數學模型精確咁話畀我哋知 幾時同點解呢種配置係有可能 喺呢個例子,數學模型嘅知識 令我哋設計出全新嘅機器結構 或者好似人類運動員一樣聰明 應對損害嘅算法 而無需整多餘嘅部件

7:51 當我哋睇到跳水運動員空翻入水 或者撐杆跳運動員喺空中翻轉 然後快速著地,我哋一定會屏息以待 睇下究竟跳水嘅可唔可以壓住水花 撐杆跳嘅可唔可以站立著地 假設我哋希望呢台四旋翼表演三個空翻 然後停喺佢原來嘅位置 但呢個動作快到 我哋用唔到定位反饋信息 糾正執行過程嘅動作 時間根本唔夠 所以四旋翼只能夠盲目執行動作 執行完之後 睇下自己點樣完成呢個動作 然後修改自己嘅動作 令到下一個翻轉好啲 呢個類似跳水同撐杆跳運動員 只有通過反覆練習 先可以學好動作,做到最好

8:45 (笑聲) (掌聲)

8:50 好多運動入面,擊球係一項必須嘅技能 我哋點樣令機器做到 運動員隨便就做到嘅動作?

9:14 (笑聲) (掌聲)

9:21 呢部四旋翼個頭綁咗塊球拍 而最有效擊球點同蘋果差唔多大 所以唔係好大 部機嘅計算頻率係 20 毫秒一次 亦即係每秒 50 次 我哋第一步睇下個波飛去邊 第二步計算出四旋翼要點樣打波 四旋翼收到指令後 就飛去個波飛出嘅位置 第三步,計算出一條從四旋翼 到擊球點嘅飛行軌跡 第四步,我哋只執行 上幾個程序 20 毫秒 20 毫秒過去,重複以上成個程序 直到四旋翼打到個波

10:06 (掌聲)

10:09 機器唔單止可以獨立運動 佢哋仲可以一齊嚟 呢三部四旋翼就一齊帶住個球網飛

10:27 (掌聲)

10:32 佢哋做咗個非常有動態 非常合作嘅操作 嚟丟返個波畀我 注意囉,個網全部打開個陣 呢啲四旋翼全部打側九十度 (掌聲) 實際上,當個網全部打開 會產生相當於笨豬跳嘅人 跌到最低時五倍嘅力

11:02 做一齊打波動作嘅算法好簡單 類似一部四旋翼打返個波畀我嘅算式 都係利用數學模型持續計算合作策略 每秒計算 50 次

11:15 我哋目前睇到嘅所有嘢 都同機器同埋佢哋能力有關 如果我哋將機器嘅運動能力 同人類結合,會點呢? 喺我面前嘅係一部商業用姿勢感應器 主要用喺遊戲 佢可以實時識別我身體唔同部位嘅動作 而同我之前用嘅指揮棒相似 我可以用呢個感應器 當成系統嘅輸入裝置 我哋宜家可以用身體姿勢 自然咁同四旋翼互動

12:21 (掌聲)

12:35 互動唔一定係虛擬,可以係現實嘅 以呢部四旋翼為例 佢想停喺空間嘅一個固定位置 如果我要擁開佢,佢會抵抗我 佢始終會返去佢想要嘅位置度 但係,我哋可以改變呢種行為 我哋可以用數學模型 估算我用喺四旋翼上面嘅力 只要我哋知道呢個力 我哋就可以改變四旋翼嘅物理定律 依家四旋翼就好似喺粘性流體度

13:13 而我哋依家可以好親密咁同機器互動 我會用呢種新技術 將帶住攝像頭嘅四旋翼放喺適當位置 去錄低餘下嘅示範

13:35 正如頭先所講 我哋可以同四旋翼有實體互動 亦可以改變佢哋嘅物理定律 等我哋嚟玩下呢樣 接著落嚟 你會睇到四旋翼 一開始好似喺太空咁輕飄飄 隨住時間增加,引力亦都加大 直到恢復地球引力為止 但係我保證你同我唔會有事 好,開始 (笑聲) (笑聲) (掌聲) 呼! 你哋一定諗緊四旋翼嘅 開發人員有太多娛樂 你都可能會問自己 點解佢哋要整運動機械人? 有人一口咬定話 「玩」嘅功能就係磨練 包括人在內嘅動物嘅技藝同埋能力 其他人就諗,四旋翼更加有社會功能 可以用嚟聚合群體 對我哋嚟講 我哋用運動同崇尚運動嘅精神 創造咗新嘅機器算法 將機器嘅潛能發揮到極致 機器嘅速度 對我哋嘅生活方式有咩影響? 同我哋以前所有嘅創造發明一樣 佢哋可能用嚟改善人類嘅生活條件 亦都可能俾人誤用或者濫用 我哋面對嘅,唔係技術決定 而係社會決定 等我哋做個正確決定 令最好嘅機器可以喺將來問世 就好似崇向運動嘅精神 發掘到運動潛能最勁嘅人咁 等我介紹你哋四旋翼項目 背後勞苦功高嘅人 佢哋係飛行器競技場 研究小組嘅現任成員 (掌聲) Federico Augugliaro, Dario Brescianini Markus Hehn, Sergei Lupashin Mark Muller 同 Robin Ritz 請留意佢哋 佢哋日後一定會有偉大嘅成就 多謝大家 (掌聲)