021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

دیدار با ماشین‌های پرنده خیره کننده آینده

Raffaello D'Andrea

Meet the dazzling flying machines of the future

When you hear the word "drone," you probably think of something either very useful or very scary. But could they have aesthetic value? Autonomous systems expert Raffaello D'Andrea develops flying machines, and his latest projects are pushing the boundaries of autonomous flight -- from a flying wing that can hover and recover from disturbance to an eight-propeller craft that's ambivalent to orientation ... to a swarm of tiny coordinated micro-quadcopters. Prepare to be dazzled by a dreamy, swirling array of flying machines as they dance like fireflies above the TED stage.


تگ های مرتبط :

Beauty, Creativity, Demo
آنچه در ابتدا برای سرگرمی ساخته شد در راه تبدیل شدن به یک صنعت چندین میلیون دلاری است بازرسی، نظارت برمحیط زیست، عکس برداری وفیلمبرداری و روزنامه نگاری اینها تنها برخی از کاربردهای احتمالی برای پهپادهای تجاری است، وآنچه اینها را توانمند می‌سازد قابلیت‌هایی هستند که در حال توسعه در مراکز تحقیقاتی در سراسر دنیا می‌باشند. مثلا پیش از آنکه تحویل هوایی بسته وارد خِرَد جمعی ما شود یک گروه از ماشینهای پرنده مستقل از هم یک برج شش متری متشکل از ۱٫۵۰۰ آجر را ساختند در مقابل دیدگان حضار درمرکز FRAC در فرانسه وچندین سال پیش آنها باطناب به پروازدر آمدند
با کنترل ماشین‌های پرنده آنها می‌توانند به سرعت و شتاب بالا در فضاهای کوچک پرواز کنند. آنها همچنین می توانند به طور مستقل سازه‌های قابل انعطاف بسازند مهارت‌های فراگرفته شده عبارتند از نحوه حمل بار نحوه برآمدن از پس اختلال‌ها و به شکل کلی نحوه تعامل با دنیای فیزیکی امروز ما قصد داریم چند تا از پروژه های خود را به شما نشان دهیم. هدفشان آن است مرزهای آنچه توسط پرواز مستقل انجام شدنی است را گسترده ترکنند. حال برای آنکه یک سامانه بتواند مستقل عمل کند، لازم است از موقعیت اشیا متحرک خود در فضا مطلع باشد. در آزمایشگاه دانشگاه فناوری زوریخ
ما اغلب از دوربین های بیرونی جهت مکان‌یابی اشیا بهره می‌گیریم، که به ما امکان تمرکز تلاش‌هایمان بر روی توسعه سریع کارهای بسیار متحرک را می‌دهد. البته برای آنچه امروز به شما نشان می‌دهیم، از فناوری موقعیت یاب جدید ساخته شده توسط شرکت Verity Studios که زیر مجموعه آزمایشگاه ما هست بهره می بریم. در اینجا هیچ دوربین بیرونی وجود ندارد. هرماشین پرنده با استفاده ازحسگرهای خود موقعیتش را در هوا تعیین می‌کند وبا بهره‌گیری از محاسبات درونی آنچه که بایدانجام دهد را مشخص می‌نماید. تنها دستورات بیرونی دستوراتی در«سطح بالا هستند.» مانند " بلندشدن" و " نشستن" اسم اینو ماگذاشتیم " دُم پرنده."
این یک هواپیماست که دوکار نشدنی را با هم انجام می‌دهد. مثل همه هواپیماهای با بال ثابت در حرکت رو به جلو مهارت دارد، خیلی بهتر ازچرخ بال ها و امثال آنها. با این حال برخلاف بیشترهواپیماهای با بال ثابت، می‌تواند درهوامعلق بماند، که این امر مزیت بسیاری برای بلند شدن و فرود امدن و تنوع حرکت عمومی دارد. متاسفانه هر چیزی هزینه دارد. یکی از محدودیت‌های آنها این است که به راحتی تحت تاثیر اختلالاتی مثل بادهای تند قرار می‌گیرند. ما داریم الگوریتم‌ها و ساختارهای جدید کنترلی رامی‌سازیم که به این محدودیت فائق آیند. هدف این است که بتواند تعادل خود را بیابد
صرف نظر از اینکه پهپاد خودش را درچه موقعیتی می‌یابد، و بتواند در اثر تمرین عملکرد خود را بهبود بخشد. (تشویق) بسیارخوب. وقتی تحقیق می‌کنیم، ما از خود سوالات بنیادی و انتزاعی می‌پرسیم که به اصل موضوع می‌پردازند. مثلا یک از این سوالات این است که، حداقل چند قطعه متحرک برای پرواز کنترل شده لازم هست؟ دلایل عملی وجود دارند که چرا شما ممکن است بخواهید پاسخ به این سوال را بدانید چرخ بال‌ها به عنوان مثال، می‌دانیم که هزاران قطعه متحرک دارند که همه این قطعات در حال توطئه برای آسیب زدن به شما هستند.
معلوم شده که دهه‌ها قبل، خلبانان ماهرقادربودند هواپیمای کنترل ازراه دور را که تنها دوقطعه متحرک داشت را به پرواز در آورند: یکی"ملخ" و دیگری "سکان عقب" ما اخیرا متوجه شدیم که اینکار تنها با یک قطعه شدنی است. و آن " تک گََرد" است ازنظر مکانیکی ساده ترین ماشین پرنده جهان که چند ماه پیش اختراع شد. تنها یک قطعه متحرک دارد یعنی" ملخ" هیچ باله‌ای ونه هیچ لولایی نه هیچ موتوردیگری ونه هیچ سطوح کنترلی فقط یک ملخ ساده. گرچه از نظرمکانیکی ساده است، در مغزالکترونیکی کوچکش اتفاقات زیادی درحال انجام است
تا بتواند باثبات حرکت کرده و هرجا که در هوا می‌خواهد برود. با این وجود هنوز الگوریتم‌های پیشرفته "دم پرنده"راندارد یعنی برای اینکه بتوانم پروازش دهم فقط باید مستقیم پرتابش کنم. احتمال اینکه من آنرا مستقیم پرتاب کنم کم هست چونکه همه دارند مرا نگاه می‌کنند آنچه درعوض می‌خواهیم انجام دهیم نمایش فیلمی است که شب گذشته ضبط کردیم. (خنده) (تشویق) اگر "تک گرد" را نشانه تفریط بدانیم این ماشین یعنی" چرخبال چند منظوره" باهشت ملخ، نشانه افراط است.
شما با این همه بخش اضافی چه می‌توانید بکنید؟ نکته قابل توجه تقارن بسیارآن است. درنتیجه تنها در یک جهت حرکت نمی‌کند این موضوع به آن قابلیت فوق العاده‌ای می‌دهد. در هوا به هر جا که می خواهد می‌رود بدون توجه به اینکه در چه جهتی است وبدون توجه به اینکه چطورمی چرخد. این پیچیده گی‌های خاص خود را دارد که عمداتا به جریان‌های هوای تاثیرگذاری که ناشی از هشت ملخ هست برمی‌گردد. برخی از اینها قابل برنامه ریزی و بقیه قابل یادگیری هنگام پروازهستند. بیایید نگاهی بیندازیم. (تشویق)
اگر قرار است ماشین‌های پرنده بخشی از زندگی روزانه ما شوند باید بسیار بی‌خطر وقابل اعتماد باشند. ماشینی که در آنجا می‌بینید در واقع متشکل است از دو ماشین پرنده مجزا است که هر یک دارای دوملخ هست. این می‌خواهد در جهت عقربه ساعت بچرخد. دیگری می خواهد خلاف عقربه ساعت بچرخد. وقتی آنها را ترکیب کنید مانند یک چرخبال چهار ملخه عملکرد بالا کار می‌کنند. با این حال اگر مشکلی پیش بیاید-- مثلا موتوری از کاربیفتد، ملخی کارنکند سیستم الکترونیکی دچارمشکل شود ویا حتی باطری--- ماشین هنوز قادر به پرواز خواهد بود گرچه نامنظم. ما این قابلیت را با ازکار انداختن یک نیمه نشان می دهیم.
(تشویق) این نمایش آخری گردش زنبورهای رباتی است، تعداد زیادی ازماشین‌های مستقل هم آهنگ با هم پالت نقاشی جدیدی است برای بیان زیبایی. در اینجا چرخبال‌های چهار ملخه‌ی بسیار کوچکی را می‌بینید که هر یک کمتر از یک تکه نان وزن دارند، و مجهز به فناوری تشخیص مکان ما والگوریتم‌های خاص خود می‌باشند. چون هر واحد می‌داند در هوادرچه موقعیتی است و سیستم خود کنترلی دارد، در واقع هیچ محدودیتی در تعداد آنها نیست. (تشویق) (تشویق)
(تشویق) امیدوارم این نمایش‌ها در شما انگیزه ایجاد کند تا نقش‌های کاملا نو ومتفاوتی را برای ماشینهای پرنده در سر بپرورانید مثلا آن یک که فوق العاده بی‌خطر است آرزودارد که تبدیل به یک آباژور پرنده در برادوی شود. (خنده) واقعیت آن است که تاثیر فنآوری نوظهور را دشوار است که پیش‌بینی کنیم. وبرای کسانی مانند ما جایزه واقعی خلق چیزهای بدیع ومسیررسیدن به آن هست. این یک یادآوری دایمی از این واقعیت است که جهانی که ما در آنیم چقدرشگفت انگیز وجادویی است، که اجازه می دهد موجودات خلاق و با هوش آن را به این طرق تماشایی شکل دهند.
این واقعیت که این فناوری چنین قابلیت‌های تجاری واقتصادی عظیمی دارد موضوع را جذاب‌تر می‌کند. تشکر. (تشویق)
What started as a platform for hobbyists is poised to become a multibillion-dollar industry. Inspection, environmental monitoring, photography and film and journalism: these are some of the potential applications for commercial drones, and their enablers are the capabilities being developed at research facilities around the world. For example, before aerial package delivery entered our social consciousness, an autonomous fleet of flying machines built a six-meter-tall tower composed of 1,500 bricks in front of a live audience at the FRAC Centre in France, and several years ago, they started to fly with ropes.
By tethering flying machines, they can achieve high speeds and accelerations in very tight spaces. They can also autonomously build tensile structures. Skills learned include how to carry loads, how to cope with disturbances, and in general, how to interact with the physical world. Today we want to show you some new projects that we've been working on. Their aim is to push the boundary of what can be achieved with autonomous flight. Now, for a system to function autonomously, it must collectively know the location of its mobile objects in space. Back at our lab at ETH Zurich,
we often use external cameras to locate objects, which then allows us to focus our efforts on the rapid development of highly dynamic tasks. For the demos you will see today, however, we will use new localization technology developed by Verity Studios, a spin-off from our lab. There are no external cameras. Each flying machine uses onboard sensors to determine its location in space and onboard computation to determine what its actions should be. The only external commands are high-level ones such as "take off" and "land." This is a so-called tail-sitter.
It's an aircraft that tries to have its cake and eat it. Like other fixed-wing aircraft, it is efficient in forward flight, much more so than helicopters and variations thereof. Unlike most other fixed-wing aircraft, however, it is capable of hovering, which has huge advantages for takeoff, landing and general versatility. There is no free lunch, unfortunately. One of the limitations with tail-sitters is that they're susceptible to disturbances such as wind gusts. We're developing new control architectures and algorithms that address this limitation.
The idea is for the aircraft to recover no matter what state it finds itself in, and through practice, improve its performance over time. (Applause) OK. When doing research, we often ask ourselves fundamental abstract questions that try to get at the heart of a matter. For example, one such question would be, what is the minimum number of moving parts needed for controlled flight? Now, there are practical reasons why you may want to know the answer to such a question. Helicopters, for example,
are affectionately known as machines with a thousand moving parts all conspiring to do you bodily harm. It turns out that decades ago, skilled pilots were able to fly remote-controlled aircraft that had only two moving parts: a propeller and a tail rudder. We recently discovered that it could be done with just one. This is the monospinner, the world's mechanically simplest controllable flying machine, invented just a few months ago. It has only one moving part, a propeller. It has no flaps, no hinges, no ailerons, no other actuators, no other control surfaces,
just a simple propeller. Even though it's mechanically simple, there's a lot going on in its little electronic brain to allow it to fly in a stable fashion and to move anywhere it wants in space. Even so, it doesn't yet have the sophisticated algorithms of the tail-sitter, which means that in order to get it to fly, I have to throw it just right. And because the probability of me throwing it just right is very low, given everybody watching me, what we're going to do instead is show you a video that we shot last night.
(Laughter) (Applause) If the monospinner is an exercise in frugality, this machine here, the omnicopter, with its eight propellers, is an exercise in excess. What can you do with all this surplus? The thing to notice is that it is highly symmetric. As a result, it is ambivalent to orientation. This gives it an extraordinary capability. It can move anywhere it wants in space irrespective of where it is facing and even of how it is rotating. It has its own complexities,
mainly having to do with the interacting flows from its eight propellers. Some of this can be modeled, while the rest can be learned on the fly. Let's take a look. (Applause) If flying machines are going to enter part of our daily lives, they will need to become extremely safe and reliable. This machine over here is actually two separate two-propeller flying machines. This one wants to spin clockwise. This other one wants to spin counterclockwise. When you put them together, they behave like one high-performance quadrocopter.
If anything goes wrong, however -- a motor fails, a propeller fails, electronics, even a battery pack -- the machine can still fly, albeit in a degraded fashion. We're going to demonstrate this to you now by disabling one of its halves. (Applause) This last demonstration is an exploration of synthetic swarms. The large number of autonomous, coordinated entities offers a new palette for aesthetic expression. We've taken commercially available micro quadcopters, each weighing less than a slice of bread, by the way, and outfitted them with our localization technology
and custom algorithms. Because each unit knows where it is in space and is self-controlled, there is really no limit to their number. (Applause) (Applause) (Applause) Hopefully, these demonstrations will motivate you to dream up new revolutionary roles for flying machines. That ultrasafe one over there for example has aspirations to become a flying lampshade on Broadway. (Laughter) The reality is that it is difficult to predict the impact of nascent technology.
And for folks like us, the real reward is the journey and the act of creation. It's a continual reminder of how wonderful and magical the universe we live in is, that it allows creative, clever creatures to sculpt it in such spectacular ways. The fact that this technology has such huge commercial and economic potential is just icing on the cake. Thank you. (Applause)