FB Promo
TED, inedit VIDEO | Ce inseamna o masina sportiva - cuadrirotor, cuad?
Vizite: 2132
27 iulie 2013
TED, inedit VIDEO | Ce inseamna o masina sportiva - cuadrirotor, cuad?
TED, inedit VIDEO | Ce inseamna o masina sportiva - cuadrirotor, cuad?
Share |

Cuadurile există de multă vreme. Azi le vedem peste tot pentru că au o mecanică simplă.Prin comanda vitezelor celor patru elice se obțin tangajul, ruliul, girația și accelerația în direcția lor comună. La bord mai există o baterie, un calculator, diferiți sensori și cartele radio.

Cuadurile sînt foarte agile, dar agilitatea are un preț. Sînt inerent instabile, deci pentru a zbura au nevoie de comandă automată cu reacție.

Cum a reușit asta? Pe tavan sînt camere, legate la un laptop, care formează un sistem de poziționare local. Așa localizăm în spațiu obiectele care au montate aceste repere reflectante. Datele sînt trimise la un alt laptop, care rulează algoritmi de estimare și comandă și care apoi trimite comenzi la cuad, care și el rulează algoritmi de estimare și comandă. Grosul cercetării noastre e în algoritmi. Ei sînt magia care dă viață acestor aparate.

Cum se proiectează algoritmii care creează un sportiv mecanic? Folosim ceea ce se numește„proiectare pe bază de model”. Întîi modelăm matematic procesele fizice din funcționarea aparatelor. Apoi folosim ramura matematicii numită „teoria controlului” pentru a analiza modelele și sintetizăm algoritmi pentru comanda lor. De exemplu așa obținem zborul staționar. Mai întîi descriem dinamica într-un sistem de ecuații diferențiale. Apoi modificăm aceste ecuații folosind teoria controlului pentru a creaalgoritmi care stabilizează cuadul.

Să vă arăt puterea acestei abordări. Să zicem că-i cerem cuadului să zboare staționar și în plus să țină o vergea în echilibru. Cu puțin exercițiu e destul de simplu pentru un om să facă asta, deși e drept că noi profităm de două picioare pe sol și de mîini foarte versatile. Devine ceva mai greu cu un singur picior pe sol și dacă nu folosesc mîinile. Observați că vergeaua are un reper reflectant sus, deci poate fi localizată în spațiu.

(Aplauze)

Vedeți cum face cuadul mici ajustări pentru a păstra echilibrul. Cum am proiectat acești algoritmi? Am adăugat modelul matematic al vergelei la modelul cuadului. La modelul sistemului combinat cuad + vergea aplicăm teoria controlului pentrua crea algoritmii de comandă. Uite, vedeți că e stabil, și chiar dacă îl mișc puțin se întoarce frumos la echilibru.

Putem adăuga la model unde vrem să stea cuadul în spațiu. Folosind acest indicator cu repere reflectante pot indica unde vreau să fie cuadul în spațiu, la o anumită distanță de mine. Cheia acestor manevre acrobatice e în algoritmi, proiectați folosind modele matematice și teoria controlului. Să-i spunem cuadului să se întoarcă aici și să lase vergeaua să cadă, și vă voi arăta cît de important este să înțelegem modelele matematice și funcționarea lumii fizice. Observați cum a pierdut din altitudine cînd am așezat paharul cu apă. Spre deosebire de vergea, n-am mai inclus modelul matematic al paharului în sistem.De fapt sistemul habar n-arecă paharul cu apă e acolo. Pot folosi din nou indicatorulpentru a-i spune cuadului unde vreau să fie în spațiu. (Aplauze)

Ar trebui să vă întrebați de ce nu se varsă apa din pahar? Două precizări.1: Gravitația acționează la fel asupra tuturor corpurilor. 2. Elicele sînt îndreptate toate în aceeași direcție ca paharul, în sus. Combinînd cele două informații, rezultatul net e că forțele laterale asupra paharului sînt mici și vin în mare parte din efectele aerodinamice, care la aceste viteze sînt neglijabile. De aceea nu e nevoie de modelul paharului. Apa nu se varsă orice ar face cuadul.

(Aplauze)

Să reținem deci că unele operații performante sînt mai ușoare decît altele și că înțelegerea aspectului fizic al problemei ne spune care sînt ușoare și care grele. În cazul acesta, transportarea paharului e ușoară, echilibrarea vergelei e grea.

Am auzit cu toții de succesele remarcabile ale unor sportivi care erau răniți. Oare se descurcă și o mașină cu defecte fizice extreme? Se spune că pentru a zbura e nevoie de cel puțin patru motoare fixe cu perechi de elice, pentru că ai de comandat patru grade de libertate: ruliu, tangaj, girație și accelerație. Hexarotoarele și octorotoarele, cu șase și opt elice, dispun de redundanță, dar cuadrirotoarele sînt mult mai folosite, pentru că au numărul minim de elice cu motor fix: patru. Așa să fie? Dacă analizăm modelul matematic al aparatului cu numai două elice în funcțiune, descoperim că există un mod neconvențional de zbor. Renunțăm la comanda girației, dar putem comanda ruliul, tangajul și accelerația cu algoritmi care folosesc noua configurație. Modelele matematice ne spun exact cînd și de ce e posibil. Aici această cunoaștere ne permite să proiectăm noi arhitecturi mecanice sau să concepem algoritmi abilicare compensează elegant defecțiunile, așa cum fac sportivii, în loc să construim mașini cu redundanță.

Ni se taie respirația cînd vedem un înotător sărind la trambulină sau un gimnast făcînd un șurub în aer, în cădere vertiginoasă. Va reuși înotătorul să plonjeze perfect? Va reuși gimnastul să încheie curat? Să zicem că vrem să punem cuadul să se rostogolească de trei ori și să revină în punctul de pornire. Mișcarea va fi atît de rapidă încît nu putem folosi poziția măsuratăpentru a face corecții în timp real. Nu ajunge nicicum timpul. În schimb, cuadul poate să facă manevra orbește, să observe cum a terminat-o și apoi să folosească datelepentru a-și corecta comportamentul, încît următoarele salturi să fie mai bune. La fel ca înotătorul și gimnastul, numai prin exercițiu repetat se poate învăța și executa o manevrăde mare performanță.

(Aplauze)

În multe sporturi trebuie să știi să lovești mingea. Cum ar putea o mașină să facă ceea ce sportivii fac aparent fără efort?

(Aplauze)

Cuadul are montată o rachetă deasupra cu o zonă optimă cam cît un măr, nu prea mare.Aici calculele se fac la fiecare 20 ms, de 50 de ori pe secundă. 1. Mai întîi socotim unde se duce bila. 2. Apoi calculăm cum trebuie cuadul să lovească bila ca ea să zboare înapoi de unde a venit. 3: Se stabilește ce traiectorie duce cuadul din starea curentă la punctul de impact cu bila. 4. Calculele se fac doar pentru un interval de 20 ms. După 20 ms se repetă întregul proces pînă cînd cuadul lovește bila.

(Aplauze)

Mașinile pot efectua manevre dinamice atît individual, cît și colectiv. Aceste trei cuaduri cooperează în a purta o plasă.

(Aplauze)

Execută o manevră foarte dinamică și colectivă Execută o manevră foarte dinamică și colectivă pentru a-mi arunca bila înapoi. Observați că la întinderea maximăcuadurile sînt verticale. (Aplauze) De fapt la întindere maximă efectul e de vreo cinci ori mai maredecît ce simți la un bungee jump, la sfîrșitul săriturii.

Algoritmii de aici seamănă mult cu ai cuadului care îmi trimite bila înapoi. Folosind modele matematice strategia de cooperare se recalculează continuu de 50 de ori pe secundă.

Pînă acum am arătat numai ce sînt și ce pot face mașinile. Dar dacă îmbinăm însușirile sportive ale mașinii cu ale omului? Am aici în față un sensor de gesturi, din comerț, din cele pentru jocuri. Poate recunoaște ce fac diferitele părți ale corpului în timp real. La fel ca pe indicatorul de adineauri, îl putem folosi pentru introducerea datelor. Astfel avem un mod natural de interacțiune cu însușirile sportive ale cuadurilor, prin gesturi.

(Aplauze)

Interacțiunea nu trebuie neapăratsă fie virtuală. Poate fi și fizică. Să luăm acest cuad. El încearcă să stea într-un punct fix din spațiu. Dacă încerc să-l mișc, se împotrivește și se întoarce unde vrea el să fie. Dar îi putem schimba comportamentul. Putem folosi modele matematice pentru a estima forța cu care apăs cuadul. După ce știm forța, putem schimba legile fizicii, din perspectiva cuadului, sigur. Acum cuadul se comportă ca și cum ar fi într-un fluid vîscos.

Prin asta putem interacționa cu aparatul într-un mod direct. Voi folosi noua aptitudine pentru a plasa acest cuad cu cameră video într-un loc potrivit pentru a filma restul demonstrației.

Putem deci să interacționăm fizic cu cuadurile și putem schimba legile fizicii. Hai să ne amuzăm puțin cu asta. În clipele următoare aceste cuaduri se vor comporta inițial ca și cum ar fi pe Pluto. Apoi treptat gravitația va crește pînă ne vom întoarce pe Pămînt, dar sînt sigur că nu voi reuși. Bun, începem!

(Rîsete)

(Rîsete)

(Aplauze) Uu! Acum deja vă gîndiți: „Ăștia se distrează cam mult!” Și probabil vă întrebați:„De ce or fi construind ei sportivi mecanici?” Unii consideră că rolul jocului în regnul animaleste ascuțirea dibăciei și dezvoltarea calităților. Alții cred că are mai mult un rol social, că servește la coeziunea grupului. La fel și noi, prin analogie cu sporturile creăm noi algoritmi cu care ducem mașinile la limită. Ce impact vor avea astfel de mașiniasupra vieții omului?Ca toate creațiile și inovațiile de pînă acum, ele pot veni în slujba condiției umane sau se pot folosi greșit și abuza. Alegerea de făcut nu e una tehnică; e una socială. Hai să alegem bine, să scoatem la iveală tot ce e mai bundin viitorul mașinilor, așa cum sportivitatea scoate la iveală tot ce e mai bun în noi

Vreau să vi-i prezint pevrăjitorii din spatele cortinei verzi. Ei sînt membrii actuali ai echipei de cercetare„Arena Mașinii Zburătoare” (Aplauze) Federico Augugliaro, Dario Brescianini, Markus Hehn, Sergei Lupashin, Mark Muller și Robin Ritz. Stați cu ochii pe ei. Le e scris să facă lucruri mari.

Mulțumesc.

Sursa: TED Talks
Lasa un mesaj
Nume (obligatoriu)
Adresa ta de e-mail (aceasta nu va fi publicata)
Mesaj
Completeaza textul din imagine
Parteneri:
Centru de Limbi Moderne, cursuri si testare internationala, Servicii educationale de calitate. Proiecte sociale si programe de dezvoltare personala.
Language Center & Professional Training, Internet & Software Development Solutions, Multimedia Development, Audio & Video Production
INFOO Hosting, Register and Transfer Web Domain Names: .com .org .info .ro and more
Ofera informatii, consiliere, asistenta si raspunsuri la intrebari privind Uniunea Europeana in judetele Timis si Caras-Severin.
Centrul de Voluntariat Timisoara asigura comunitatii posibilitatea solutionarii problemelor prin intermediul voluntariatului.
YMCA Romania are ca scop dezvoltarea societatii contemporane prin formarea pozitiva a tinerilor, pentru consolidarea comunitatii.