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.
Notre plateforme pour amateurs pourrait très bien se transformer en aventure industrielle. Les applications commerciales pour les drones sont multiples : surveillance, monitoring environnemental, photographie, cinéma ou journalisme. C'est possible grâce au savoir-faire qui se développe dans les centres de recherche dans le monde.
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.
Avant que les livraisons de colis aériennes ne fassent partie de notre vie, une flotte autonome d'engins volants ont construit une tour de 6 mètres, composées de 1500 briques. Cet exploit a eu lieu en direct, au centre FRAC, en France. Depuis quelques années, ces objets volent avec des cables. En les attachant, elles atteignent une haute vélocité et de fortes accélérations dans des espaces ténus. Elles peuvent construire en autonomie des structures suspendues. Elles ont appris à porter des charges, à gérer les perturbations, et, de manière générale, à interagir avec le monde physique.
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.
Aujourd'hui, je vais vous montrer quelques-uns de nos projets en cours. Notre but est de repousser les limites du possible des vols autonomes.
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."
Pour qu'un système fonctionne de manière autonome, il doit connaître collectivement, la localisation de chaque objet volant qui constitue son essaim. Dans notre labo à ETH Zurich, nous utilisons des caméras externes pour localiser les objets. Ça nous permet de concentrer nos efforts sur le développement rapide de tâches très dynamiques. Les démos d'aujourd'hui sont basées sur une nouvelle technique de localisation développée par Verity Studios, une spin-off du labo. Il n'y a pas de caméra externe. Chaque engin volant détermine sa localisation dans l'espace avec des capteurs embarqués, et un ordinateur embarqué qui détermine les actions à prendre. Les seules commandes externes sont les plus sensibles : « décoller » et « atterrir ».
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.
Voici ce qu'on appelle une « aile VTOL ». C'est un avion qui veut le beurre, et l'argent du beurre. Comme tout aéronef à voilure fixe, il est très efficace pour voler, bien meilleur que les hélicoptères. Contrairement aux avions à voilure fixe, il peut voler verticalement. C'est particulièrement intéressant au décollage et à l'atterrissage, et offre une grande flexibilité. Hélas, il y a un revers de la médaille. Une des contraintes des ailes VTOL est sa sensibilité aux perturbations comme les rafales de vent. Nous développons des architectures et algorithmes nouveaux pour résoudre ces contraintes. Le principe est que l'aéronef puisse récupérer sa stabilité, quelle que soit la situation, et, avec l'expérience, qu'il améliore ses performances.
(Applause)
(Applaudissements)
OK.
Bon.
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.
Dans nos recherches, nous nous posons souvent des questions fondamentales abstraites pour aller au cœur du sujet. Une de ces question est la suivante : quel est le nombre minimum de composants animés nécessaires pour contrôler un vol ? Il y a plusieurs raisons pratiques derrière ses questions. Prenez les hélicoptères. On les affectionne parce qu'ils sont constitués de 1000 composants mobiles, qui se liguent toutes pour vous blesser. Or, des pilotes expérimentés ont pu, il y a des dizaines d'années de ça, faire voler à distance des aéronefs équipés de deux composants animés : une hélice et un gouvernail. Nous venons de découvrir qu'une seule pièce mobile suffit.
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.
Voici un Mono Spinner, l'objet volant télécommandé le plus simple mécaniquement parlant, sorti du berceau il y a quelques mois. Il n'a qu'un seul composant animé : une hélice. Il n'y a ni volets, ni charnières, ni ailerons. Aucun vérin, aucune surface de contrôle. Il n'y a qu'une simple hélice. Quoique mécaniquement simple, le cerveau électronique fonctionne à plein régime, pour lui permettre de voler de manière stable, et de se mouvoir librement. Il n'est pas encore muni des algorithmes sophistiqués de l'aile VTOL. Ce qui signifie que pour qu'il vole, on doit le lancer d'une manière très précise. La probabilité que j'y arrive devant vous est très faible. Je préfère donc vous en montrer une vidéo, filmée hier soir. (Rires)
(Laughter)
(Applause)
(Applaudissements)
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.
Le monospinner représente la frugalité. Voici maintenant son opposé, l'Omni Copter, composé de huit hélices. C'est un exercice dans l'excès. Que faire de tous ces excédents ? Vous le constatez, il est très symétrique. La conséquence est son ambivalence par rapport à l'orientation. Ça lui confère des capacités de vol extraordinaires n'importe où dans l'espace, sans notion d'avant ou d'arrière, ou de rotation sur lui-même. Il a ses propres difficultés, principalement liées à l'interaction des courants provoqués par ses huit hélices. Une partie de tout ça peut être modélisée. Le reste est appris en volant. Regardons ensemble.
(Applause)
(Applaudissements)
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.
Comme les drones vont faire partie de notre vie quotidienne, ils devront être extrêmement sûrs et fiables. Cette machine, là-bas, est constituée de deux objets volants, équipés de deux hélices. Celui-ci tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Celui-là, dans le sens contraire. Quand on les couple, ils se comportent comme un quadricoptère à haute performance. Si un problème survient, un rotor ou une hélice en panne, l'électronique ou une batterie qui lâche, il peut continuer de rester en vol, quoique ses performances se dégradent. Je vais vous montrer ça en désactivant une moitié.
(Applause)
(Applaudissements)
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.
La dernière démonstration explore les essaims synthétiques. Un grand nombre d'entités autonomes et coordonnées ouvre des perspectives nouvelles à l'expression artistique. Nous avons acheté des micro quadrimoteurs, qui sont moins lourds qu'une tranche de pain. Nous les avons équipés de notre technologie, et d'algorithmes dédiés. Leur nombre peut être illimité parce que chaque unité connaît sa localisation dans l'espace, et s'auto-contrôle.
(Applause)
(Applaudissements)
(Applause)
(Applaudissements)
(Applause)
(Applaudissements)
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.
J'espère que ces démonstrations vont vous inciter à imaginer des nouveaux rôles révolutionnaires pour les objets volants. Celui-ci, qui est ultra-sûr, aspire à fournir un éclairage indirect à Broadway.
(Laughter)
(Rires)
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.
En fait, c'est très difficile de prédire l'impact qu'aura cette technologie naissante. Pour nous, la satisfaction émerge du voyage et du processus créatif. Ça nous rappelle combien notre univers est merveilleux et magique, qu'il pousse les être créatifs à le ciseler de manière si spectaculaire. Que cette technologie recèle un potentiel économique et commercial extraordinaire n'est que la cerise sur le gateau.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)