Hvad er en nano quadrotor?

Maskinernes opståen. Det er ikke kun titlen på den forfærdelige tredje del af filmen "Terminator"; det er også en god måde at beskrive en nylig bølge af fremskridt inden for teknologi, der får robotter til at udføre en lang række komplicerede opgaver, fra handel med aktier til høst af afgrøder til udførelse af kirurgi. Med stor teknologisk formåen følger dog ofte endnu større (og formentlig berettiget) paranoia. Ideen om, at robotter og andre former for slyngelteknologi skal overtage planeten, er en udbredt idé i litteratur, tv og film. Helt tilbage i 1968 introducerede Stanley Kubrick os for HAL, en følsom supercomputer, der kunne styre et højdrevet rumfartøj og afværge dem, der forsøgte at tilrane sig hans magt på samme tid [kilde:Ebert].

I disse dage er en af ​​de mest ildevarslende skildringer af robotteknologiens kraft en YouTube-video af en sværm af 20 små droner, der nynner sammen i kor, dypper gennem vinduer, skifter formationer og endda lyner rundt i et synkroniseret ottetalsmønster. Alt sammen uden at et menneske kontrollerer dem.

Udviklet af ingeniører ved University of Pennsylvania's General Robotics, Automation, Sensing and Perception (GRASP) laboratorium, en nano quadrotor er en lillebitte robot programmeret til at gøre store ting i luften. Disse autonome maskiner er udstyret med fire bittesmå propeller i hvert hjørne og designet til, hvad deres skabere kalder "agile flight":at svæve gennem luften i samspil med hinanden som en flok pelikaner (eller måske en formation af droid-stjernefightere frisk fra sættet af "Star Wars"). Ikke alene kan quadrotors flyve i komplekse formationer, de kan også ændre formationer problemfrit i luften - fra et fire gange fem rektangel til et "x" mønster, for eksempel - samt navigere i forskellige forhindringer. Videoer har fanget robotterne, der udfører en række andre opgaver, herunder at bygge enkle strukturer og udføre James Bond-temasangen [kilder:Davies, Owano, Saenz].

Så hvordan fungerer disse ting? Nano quadrotor-udviklere opgiver ikke alle deres hemmeligheder, men der er nogle spor.

1. Sådan fungerer en Nano Quadrotor
2. Nano Quadrotor Anvendelser og Bekymringer

Sådan fungerer en Nano Quadrotor

En nano quadrotor er simpelthen en nedskaleret version af en quadrotor , en større maskine, der bruger kraften fra fire rotorer til at svæve og flyve. Omtrent 8 tommer (20 centimeter) i diameter, nano-udgaven vejer omkring 2 ounce (57 gram) og bruger 15 watt strøm. Maskinen svæver, når alle fire rotorer spinder med samme hastighed og kan bevæge sig og ændre retning ved at variere hastigheden af ​​en eller flere rotorer [kilde:Kumar].

Quadrotorens evne til at piruette gennem luften som en hvirvlende dervish, undvige forhindringer og navigere på trange steder, afhænger af både rotorhastighed og det hurtige tempo, hvormed robotten indhenter og behandler information. Motion capture-kameraer fortæller quadrotoren, hvor den er - såvel som hvor eventuelle forhindringer kan være - 100 gange i sekundet, mens en indbygget processor sender kommandoer til motorerne i hver propel hele 600 gange hvert sekund [kilde:Kumar].

Det, der dog virkelig er bemærkelsesværdigt ved teknologien, er nano-quadrotorens evne til at overvåge sine omgivelser og koordinere med andre luftrobotter for at handle sammen uden at støde ind i hinanden. Maskinerne kan bogstaveligt talt komme inden for tommer fra hinanden, mens de bevarer stabiliteten. Det betyder, at disse miniaturedroner kan trække på kombineret styrke til at løfte genstande sammen. For eksempel brugte udviklere en algoritme til at fortælle en håndfuld individuelle robotter, hvilken genstand de skal samle op, hvornår de skal hentes, og hvor de skal gøre det, en øvelse, der resulterede i et quadrotor-skabt tårn [kilde:Kumar].

Uden for et laboratoriums venlige rammer kan en quadrotor sætte sig ind i sine omgivelser ved hjælp af motion capture-kameraet og en laserscanner til i det væsentlige at kortlægge nærliggende funktioner - døråbninger, mennesker, møbler - og positionere sig selv i realtid. Robotten overvåger derefter sine egne bevægelser med hensyn til funktionerne ved hjælp af et slags personligt koordinatsystem [kilde:Kumar].

Du behøver sandsynligvis ikke en fysik- eller ingeniøruddannelse for at forstå, at nano quadrotor-teknologi er kraftfulde ting. Du behøver heller ikke være en panikangstende konspirationsteoretiker for at have legitime bekymringer om, hvordan det kan bruges. Mens udviklere, retshåndhævende embedsmænd og politikere har udråbt potentialet i lignende droneteknologi til at ændre den måde, vi lever på, er nogle observatører også bekymrede over konsekvenserne for det personlige privatliv [kilde:Kumar].

University of Pennsylvanias GRASP-laboratorium er ikke kun fødestedet for nano-quadrotoren. Det er også en grobund for et bredt spektrum af teknologisk forskning og udvikling. Blandt andre bemærkelsesværdige projekter arbejder GRASP-studerende og fakultetet på en smart kørestol, som en bruger kan navigere med en virtuel grænseflade og indbyggede kameraer, et personligt slagtilfælde-rehabiliteringssystem, der trækker på motion capture-kapaciteter og omnidirektionelle videokameraer [kilde:University of Pennsylvania] .

Nano Quadrotor Anvendelser og Bekymringer

Der er tilsyneladende ingen ende på de potentielle anvendelser for en nano quadrotor og teknologien bag den. De første, der reagerer på et gerningssted eller et naturkatastrofeområde, kan for eksempel en dag være små flyvende robotter, der videresender information til myndighederne i sikker afstand. Det er for ikke at tale om at udføre lige så farlige militære operationer. I mellemtiden kan enorme sværme af kvadrotorer i sidste ende blive brugt til at udføre større byggeprojekter end dem, der allerede er udført på GRASP-laboratoriet [kilder:Searles, Owano].

Dr. Vijay Kumar, en professor ved University of Pennsylvania, der hjalp med at udvikle teknologien sammen med tidligere studerende Daniel Mellinger og Alex Kushleyev, har sagt, at målet med dette og lignende projekter er at afgøre, om "store antal autonomt fungerende køretøjer" kan "pålideligt" indsat til at udføre en foreskrevet mission," især i et potentielt fjendtligt miljø og muligvis med roller, der ændrer sig baseret på omstændighederne [kilde:SWARMS]. Med andre ord kan en nano quadrotor-mission være næsten alt under solen. Den type magt rejser betydelige bekymringer om privatlivets fred.

Kvadrotorer er i det væsentlige droner, undtagen smartere. Deres autonome sværmeadfærd betyder, at disse flyvende robotter ikke skal programmeres individuelt. Ligesom de skjulte, hulkende og til tider dødbringende køretøjer, der oftere optager luftrummet rundt om på kloden, bærer quadrotorer potentielle misbrug af privatlivet med sig, der har flyttet mange amerikanske stater til at begrænse deres brug i hjemmet [kilder:Searles, Owano].

En lov vedtaget i februar 2012 baner vejen for Federal Aviation Administration til at godkende ubemandede fly til civilt brug begyndende i 2015. Blandt andre foreslåede anvendelser vil droner sandsynligvis blive markedsført til opgaver så forskellige som at overvåge afgrøder, spore dyrevandring og beskytte international grænser. Efterhånden som droneteknologien øges, bliver den sandsynligvis billigere. Mindst én udvikler, Kinas DJI, er allerede i gang med kommercielt tilgængelige, videokamera-klare flyvende droner, og en anden arbejder angiveligt på en nano quadrotor med et fotokamera om bord [kilder:Kuruvilla, Ackerman, Svensson].

Frygten er, at kraften i billig overvågning er en, der sandsynligvis vil korrumpere. Hvis nano-quadrotorer og anden droneteknologi bliver så udbredt som fx iPads, kan de blive brugt som spionudstyr af retshåndhævende myndigheder, paparazzier og virksomheder, såvel som enhver Joe på gaden, der ønsker at holde øje med sine naboer. Det er ikke at nævne den personskade og ejendomsskade, som et vildfarent dronestyrt kan forårsage. Som følge heraf skaber føderale og statslige embedsmænd i USA politiske standarder for at beskytte individuelle bekymringer om privatlivets fred og sikkerhed, samtidig med at brugerne får mulighed for at udnytte droneteknologiens betydelige potentiale. Ligesom nano quadrotorerne selv, er det regulatoriske område, som de i sidste ende vil operere inden for, stadig et igangværende arbejde [kilder:Kuruvilla, Svensson].

Mange flere oplysninger

Forfatterens note:Hvad er en nano quadrotor?

Efter at have skrevet om National Security Agency i en nylig opgave og udarbejdet en quiz med 20 spørgsmål om zombieapokalypse-tema i en anden, har jeg udviklet en skeptikers bekymring for mit personlige privatliv og en sund frygt for hjernesultne udøde. Så måske er det ingen overraskelse, at et glimt af 20 sjælløse droner, der nynner i perfekt formation, satte mig lidt på kant. Lad os bare håbe, at ingen lærer de ting at spise ... eller tjek min e-mail.

Relaterede links

• Sådan fungerer militærrobotter
• Sådan fungerer MQ-9 Reaper
• Hvordan har NASA hjulpet med at redde brandmænd?
• 5 fremtidige teknologimyter
• Top 5 grønne robotter

Kilder

• Ackerman, Evan. "MeCam er en $50 kamera-udstyret Autonom Nano Quadrotor, angiveligt." IEEE spektrum. 28. januar 2013. (26. august 2013) http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/home-robots/mecam-is-a-50-cameraequipped-autonomous-nano-quadrotor-supposedly
• Davies, Chris. "Nano Quadrotor robotsværmvideo er fascinerende, skræmmende." Slash Gear. 1. februar 2012. (25. august 2013) http://www.slashgear.com/nano-quadrotor-robot-swarm-video-is-mesmerizing-terrifying-01211558/
• Ebert, Roger. "2001:A Space Odyssey." RogerEbert.com. 27. marts 1997. (4. september 2013) http://www.rogerebert.com/reviews/great-movie-2001-a-space-odyssey-1968
• Hicks, Jennifer. "Intelligent sansende landbrugsrobotter til at høste afgrøder." Forbes. 6. august 2012. (25. august 2013) http://www.forbes.com/sites/jenniferhicks/2012/08/06/intelligent-sensing-agriculture-robots-to-harvest-crops/
• Kumar, Vijay. "Robotter, der flyver...og samarbejder." TED. marts 2012. (25. august 2013) http://www.ted.com/talks/vijay_kumar_robots_that_fly_and_cooperate.html
• Kuruvilla, Carol. "Politibetjente, arkæologer og landmænd bruger højteknologiske droner til civile formål." New York Daily News. 21. februar 2013. (26. august 2013) http://www.nydailynews.com/news/national/photos-high-tech-drones-find-non-war-civilian-article-1.1270332
• Owano, Nancy. "Luftbårne robotsværme laver komplekse bevægelser." Phys.org. 2. februar 2012. (25. august 2013) http://phys.org/news/2012-02-airborne-robot-swarms-complex-video.html
• Philips, Matthew. "Sådan tabte robotterne:Højfrekvent handel stiger og falder." Forretningsuge. 6. juni 2013. (25. august 2013) http://www.businessweek.com/articles/2013-06-06/how-the-robots-lost-high-frequency-tradings-rise-and-fall
• Saenz, Aaron. "Flying Robotic Swarm of Nano Quadrotors får millioner af visninger, nyt firma." Singularity Hub. 5. februar 2012. (25. august 2013) http://singularityhub.com/2012/02/05/flying-robotic-swarm-of-nano-quadrotors-gets-millions-of-views-new-company /
• Searles, Rebecca. "Flying Robots Called 'Nano Quadrotor' Drones Swarm Lab. The Huffington Post. 2. februar 2012. (26. august 2013) http://www.huffingtonpost.com/2012/02/02/flying-robots-nano -quadrotor-drones-swarm_n_1249442.html
• Svensson, Peter. "Phantom Quadcopter bringer droneteknologi til masserne." Tid. 15. august 2013. (4. september 2013) http://techland.time.com/2013/08/15/phantom-quadcopter-brings-drone-technology-to-the-masses/
• SVARME. "Scalable sWarms of Autonomous Robots and Mobile Sensors (SWARMS)-projekt." (26. august 2013) http://www.swarms.org/
• Universitetet i Pennsylvania. "GRASP Laboratory:Forskningsprojekter." (26. august 2013) https://www.grasp.upenn.edu/research/
• USA National Library of Medicine. "Robotisk kirurgi." 28. marts 2011. (25. august 2013) http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/007339.htm