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.
מה שהתחיל כפלטפורמה לבעלי תחביב עומד להפוך לתעשיה של מיליארדי דולרים. בדיקות, ניטור סביבתי, צילום סטילס וסרטים,ועיתונות: אלה כמה מהשימושים הפוטנציאלים לרחפנים מסחריים, ומה שמאפשר אותם אלה היכולות שמפותחות במתקני מחקר מסביב לעולם.
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.
לדוגמה, לפני שאספקת חבילות אוויריות נכנסה למודעות החברתית שלנו, צי אוטונומי של מכונות מעופפות בנה מגדל של 6 מטר גובה שמורכב מ 1,500 לבנים מול קהל חי במרכז FRAC בצרפת, ולפני מספר שנים, הם התחילו לעוף עם חבלים. על ידי קשירת מכונות מעופפות, הן יכולות להשיג מהירויות ותאוצות גבוהות בחללים ממש צפופים. הן יכולות גם לבנות אוטונומית מבנים מתוחים. היכולות שנלמדות כוללות איך לשאת משאות, איך להתמודד עם הפרעות, ובאופן כללי, איך לתקשר עם העולם הפיזי.
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.
היום אנחנו רוצים להראות לכם כמה פרוייקטים חדשים שעבדנו עליהם. הכוונה שלהם היא לדחוף את הגבולות של מה שאנחנו יכולים להשיג עם טיסה אוטונומית.
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."
עכשיו, כדי שמערכת תתפקד אוטונומית, היא חייבת לדעת קולקטיבית את המיקום של האובייקטים הניידים שלה בחלל. במעבדה שלנו ב ETH ציריך, אנחנו הרבה פעמים משתמשים במצלמות חיצוניות כדי לאתר עצמים, שאז מאפשרים לנו למקד את המאמצים שלנו על הפיתוח המהיר של משימות מאוד דינמיות. להדגמות שתראו היום עם זאת, אנחנו נשתמש בטכנולוגיות מיקום חדשות שפותחו על ידי סטודיו וריטי, ספין אוף של המעבדה שלנו. אין מצלמות חיצוניות. כל מכונה מעופפת משתמשת בחיישנים שעליה כדי לקבוע את המיקום שלה בחלל ומחשבים מקומיים כדי לקבוע מה הפעולות שלה צריכות להיות. הפקודות החיצוניות היחידות הן ברמה גבוהה כמו "המריאי" ו"תנחתי."
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.
זה מה שנקרא יושב זנב. זה כלי טייס שמנסה לשמור על העוגה בזמן שהוא אוכל אותה. כמו כלי טייס עם כנף קבועה, הוא יעיל בטיסה קדימה, הרבה יותר ממסוקים ווריאציות שלהם. בניגוד לרוב כלי הטייס עם הכנף הקבועה האחרים, עם זאת, הוא מסוגל לרחף, שזה יתרון עצום להמראה ונחיתה וורסטיליות כללית. אין ארוחות חינם, למרבה הצער. אחת המגבלות של יושבי זנב היא שהם רגישים להפרעות כמו משבי רוח. אנחנו מפתחים ארכיטקטורות ואלגוריטמי שליטה חדשים שמטפלים במגבלות האלו. הרעיון הוא שכלי הטייס ישתקם לא משנה באיזה מצב הוא מוצא את עצמו, ודרך אימון, לשפר את הביצועים במשך הזמן.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
OK.
אוקיי,
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.
כשעושים מחקר, אנחנו הרבה פעמים שואלים את עצמנו שאלות אבסטרקטיות בסיסיות שמנסות להגיע ללב העניין. לדוגמה, שאלה אחת כזו תהיה, מה המספר המינימלי של חלקים נעים שנדרשים לטיסה נשלטת? עכשיו, יש סיבות פרקטיות למה אנחנו אולי נרצה לענות על שאלות כאלו. הליקופטרים, לדוגמה, ידועים בחיבה כמכונות עם אלפי חלקים נעים שכולם זוממים לגרום לכם נזק גופני. מסתבר שלפני עשורים, טייסים מנוסים היו מסוגלים להטיס כלי טייס נשלט מרחוק שהיו לו רק שני חלקים נעים: מדחף והגה כיוון. לאחרונה גילינו שזה יכול להעשות עם רק אחד.
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.
זה המונו ספינר, כלי הטייס הנשלט הכי פשוט באופן מכני בעולם, שהומצא רק לפני כמה חודשים. יש לו רק חלק נע אחד, מדחף. אין לו מאזנות, אין צירים, אין הגה גובה, אין בקרים אחרים, אין משטחי שליטה אחרים, פשוט מדחף פשוט. למרות שהוא פשוט מכאנית, הרבה מתרחש במוח האלקטרוני הזעיר שלו כדי לאפשר לו לעוף בצורה יציבה ולנוע לכל מקום שהוא רוצה בחלל. ולמרות זאת, אין לו עדיין את האלגורתמים המורכבים של יושב זנב, מה שאומר שכדי לגרום לו לעוף, אני צריך לזרוק אותו ממש נכון. ובגלל שהסבירות שאני אזרוק אותו בדיוק נכון היא ממש נמוכה, בהתחשב בזה שכולם צופים בי, מה שאנחנו נעשה במקום זה להראות לכם את הסרטון שצילמנו אתמול בלילה.
(Laughter)
(צחוק)
(Applause)
(מחיאות כפיים)
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.
אם המונוספינר הוא נסיון בחסכנות, המכונה הזו פה, האומניקופטר, עם שמונת המדחפים שלו, הוא נסיון בעודף. מה אתם יכולים לעשות עם כל העודף? העניין לשים לב אליו הוא שהוא מאוד סימטרי. כתוצאה, הוא אמביוולנטי לכיוון. זה נותן לו יכולת יוצאת דופן. הוא יכול לנוע לכל מקום בו הוא רוצה להיות בחלל בלי קשר למקום אליו הוא פונה ואפילו איך הוא מסתובב. יש לו מורכבות משלו, בעיקר להתמודד עם תזרימים שפועלים זה על זה משמונת המדחפים שלו. כמה מאלה יכולים להיות ממודלים, בעוד האחרים יכולים להילמד בזמן הפעולה. בואו נביט.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
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.
אם מכונות מעופפות ייכנסו כחלק מחיינו היום יומיים, הן יצטרכו להפוך למאוד בטוחות ואמינות. המכונות פה הן למעשה שתי מכונות מעופפות עם שני מדחפים נפרדים. זו רוצה להסתובב בכיון השעון. האחרת רוצה להסתובב נגד כיוון השעון. כשאתם מחברים אותן, הן מתנהגות כמו קוואד קופטר בעל ביצועים גבוהים. אם משהו משתבש, עם זאת -- מנוע כושל, מדחף כושל, אלקטרוניקה, אפילו חבילת סוללות -- המכונה עדיין יכולה לעוף, למרות שהיא במצב פגום. אנחנו נדגים לכם את זה עכשיו על ידי השבתת אחד החצאים.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
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.
ההדגמה האחרונה הזו היא חקר של נחילים סינטטיים. המספר הגדול של ישויות אוטונומיות מתואמות מציע פלטות חדשות להבעה אסטטית. לקחנו מיקרו קוואד קופטרים זמינים מסחרית, כל אחד שוקל פחות מפרוסת לחם, דרך אגב, ומתקינים עליהם טכנולוגיית מיקום ואלגוריתמים מותאמים. בגלל שכל יחידה יודעת איפה היא בחלל ונשלטת עצמאית, באמת אין גבולות למספרם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
(Applause)
(מחיאות כפיים)
(Applause)
(מחיאות כפיים)
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.
בתקווה, ההדגמות האלו יתנו לכם מוטיבציה לחלום על תפקידים מהפכניים למכונות מעופפות. לאולטרה-בטוחה שם לדוגמה יש שאיפות להפוך למנורת רחוב מעופפת בברודווי.
(Laughter)
(צחוק)
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.
המציאות היא שזה מאוד קשה לחזות את ההשפעה של טכנולוגיות מתפתחות. ולאנשים כמונו, התגמול האמיתי הוא המסע ופעולת היצירה. זו תזכורת מתמשכת לכמה נפלא וקסום היקום בו אנחנו חיים, שהוא מאפשר ליצורים חכמים ויצירתיים לפסל אותו בדרכים כל כך יוצאות דופן. העובדה שלטכנולוגיה הזו יש ערך מסחרי כל כך גבוה ופוטנציאל כלכלי היא רק הציפוי על העוגה.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)