TED日本語 - ラファエロ・ダンドリーア: 魅惑的な未来の飛行ロボットを披露

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TED日本語 - ラファエロ・ダンドリーア: 魅惑的な未来の飛行ロボットを披露

TED Talks

魅惑的な未来の飛行ロボットを披露
Meet the dazzling flying machines of the future
ラファエロ・ダンドリーア
Raffaello D'Andrea

内容

「ドローン」と聞いて何を思いますか?恐らく「便利なもの」か「恐ろしいもの」のどちらかでしょう。でもドローンが美的価値を持ち得ると思いますか?飛行ロボットを開発している自律システムの専門家ラファエロ・ダンドリーアの最新のプロジェクトでは、制御不能状態からの復帰やホバリングができる全翼機や、方向が存在しないような8枚のプロペラがある飛行体から、協調する小型クアッドコプターの群れまで、自律飛行の新境地を開拓しています。TEDのステージの上を、まるで蛍が舞うかのように、飛行ロボットの編隊が美しく旋回する様子は見る者を魅了します。さあ、心の準備はできていますか?

Script

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)

元は趣味の道具だったものが 数十億ドル規模の産業に なろうとしています 調査 環境モニタリング 写真 映画 報道 これは商用ドローンの 応用例ですが 世界中の研究施設で 開発されている能力が それを可能にしています

例えばドローン宅配便が 一般の関心を引く ようになる以前に フランスのFRACセンターでは 聴衆の目の前で 自律飛行ロボットが 1500個のレンガで 6メートルの塔を建てています 数年前には ロープを持って飛び始め 繋がれた飛行ロボットが ごく狭い空間で 高速飛行や 加速を行えるようになり 伸縮性の構造物も 自律的に作れます ドローンが身に付けてきた技術には 荷物運搬 制御喪失状態への対応や 一般に外界と相互作用する 方法があります

今日は 現在手がけている 新プロジェクトを紹介します 自律飛行で 可能なことの限界を 押し広げよう というのが狙いです

システムが自律的に 働くためには 各移動体の空間的位置を 集合的に把握する必要があります チューリッヒ工科大学の 我々の研究室では 物体の位置把握を 外部カメラですることで 高度にダイナミックな作業を 短期開発することに 集中できました 今日ご覧いただく実演では 我々の研究室からスピンオフした ベリティー・スタジオが開発した 新しい測位技術を 使います 外部カメラはなく 各飛行体に 空間における 自分の位置を把握するセンサーと 取るべき行動を決定する コンピューターを搭載しています 外から与える指示は 「離陸せよ」「着陸せよ」といった 高水準のものだけです

これは「テイルシッター」と 呼ばれるもので 2つの相反する要求を 実現します 他の固定翼機と同様に ヘリコプター型のものと比べ 効率よく水平飛行できます しかし固定翼機の多くとは違って ホバリングが可能です これにより離着陸が容易で 多様な使い方ができます しかし利点がただで 手に入るわけではなく テイルシッターの 欠点の1つは 突風のような 大気の乱れに弱いことです その点を補うための 新たな制御機構と アルゴリズムを 開発しています 基本的な方針は どのような状態からでも 制御を回復できるようにすること また 経験から性能を改善できる ようにするということです

(拍手)

よし

研究においては 私たちはよく 問題の核心を突くような 根本的で抽象的なことを 自問します 例えば こんな質問です 飛行制御には可動部分が 最低いくつ必要か? この答えを 知りたいと思う 実用的な理由があります 例えばヘリコプターは 何千もの可動部分が ひしめいていて 人を傷つけようとする機械として お馴染みです 何十年か前に 熟練パイロットが 遠隔操作に成功した飛行機には 可動部分がたった2つ プロペラと方向舵 しかありませんでした 最近 我々は可動部分を 1つにできることを発見しました

これは「モノスピナー」で 構造的に最もシンプルな 制御飛行可能な機体です ほんの数か月前に 開発しました 可動部分はたった1つ プロペラだけです フラップも 蝶番も 補助翼もなく 作動装置も 操縦翼面も 一切ありません プロペラが1枚だけです 機械的にはシンプルでも 安定した姿勢で 自由に飛べるようにするために 中の電子頭脳では 複雑なことをしています それでもまだ テイルシッターの 精巧なアルゴリズムには 及ばず これを飛ばすためには 上手く投げ上げてやる 必要があります 皆さんが注目する中で 私に上手く投げられる確率は ごく低いので それはやめておき 昨晩撮影したビデオを ご覧いただきましょう

(笑)

(拍手)

モノスピナーが 質素を追求する試みだとすると このプロペラが8枚ある オムニコプターは 過剰を追求する試みです この過剰分で何ができるか? 注目すべきは その高い対称性です 結果として 方向性が曖昧になり 驚くべき能力が もたらされました 空間を自由に飛び回れ どっちを向いていようと どう回転していようと お構いなしです これには固有の 複雑さがあり それは主に 8枚のプロペラによる 気流の干渉のためです ある部分はモデル化できますが 残りは経験から学ばせる必要があります ご覧ください

(拍手)

飛行ロボットが 日常生活の一部になるためには 極めて高い安全性と信頼性が 必要とされます あそこにあるのは プロペラ2枚の機体 2台でできています こっちは時計回りに回転し もう一方は 反時計回りに回転します 一緒にすると 1機の高性能クワッドコプターとして 振る舞います もし モーターや プロペラや 電気系統や バッテリーパックに 問題が生じても 性能を下げつつ 飛行を続けることができます 実際に1機の動作を 止めてみましょう

(拍手)

最後にご覧いただくのは 人工的な群れを作る試みです 多数の協調する 自律的な機体が 美的表現のための 新しいパレットとなります 市販の小型クワッドコプターを 使っていて 食パン1枚より 軽くできています それに私たちの測位技術と 専用アルゴリズムを 付けました 各々が自分の位置を認識して 自律制御しているので 機体数には制限が まったくありません

(拍手)

(拍手)

(拍手)

今日の実演が 多くの人に 飛行ロボットのための 革命的役割を思い描く 刺激になればと思います 例えば あの極めて安全な 飛行ロボットには ブロードウェイを舞う 空飛ぶランプシェードになる夢があります

(笑)

実際のところ 生まれたばかりの技術の 影響を予測するのは困難です 私たちのような者にとって何よりの報酬は 創作の行為と過程そのものにあります いつも感じるのは 我々の住む宇宙は 実に素晴らしく 驚きに満ちていて 創造性に富んだ 賢い生き物には このように壮観なやり方で 世界を作り替えていけるということです この技術に商業的・経済的に 大きな可能性があるというのは おまけのようなものです

ありがとうございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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