Jedním ze zapojených týmů je Skupina Multirobotických systémů (MRS) vedená docentem Martinem Saskou. Doc. Saska v rámci ROBOPROX vede část nazvanou Kooperativní vzdušné roboty pro pokročilou průmyslovou výrobu.
"V projektu rozvíjíme náš základní výzkum spolupracujících robotů pro budoucí průmyslové aplikace. Zaměříme se i na zvyšování rychlosti těchto robotů - v průmyslu čas jsou peníze. Čím rychleji se úloha vyřeší, tím lépe. A to je i motivací pro průmyslové využití spolupráce více robotů," uvedl docent Saska, který působí na katedře řídicí techniky. Hlavním tématem jím vedené skupiny je v rámci ROBOPROX inspekce velkých ploch pomocí dronů i vylepšení senzorů dronů pro přesnou lokalizaci a detailní mapování prostředí.
"Když si představíte velkou halu, tak množství robotů vám zajistí, že každý úkol vyřešíte rychle. Ve skladech například bývají i tisíce robotů převážejících materiál po zemi. A to je i jedna z věcí, na kterou se teď hodně zaměřujeme ve spolupráci s naším spin-outem Fly4Future, který jedná s klientem, jenž má zájem o dvě služby. Jednak o využití dronů v rámci inventury skladů a pak také přenášení věcí potřebných např. v rámci oprav - aby robot rychle dokázal zaměstnancům přinést, co potřebují," popsal Saska.
"V rámci Roboproxu proběhla i návštěva Škoda Auto, kterou vedl vedoucí projektu prof. Zdeněk Hanzálek (působí na CIIRC, pozn. redakce), a kde se diskutovala možnost zapojení dronů z MRS do výroby, instalace komponent ve výrobě, inspekce průmyslových hal a 3D modelování vybavení výrobních hal během jejich stavby," sdělil doc. Saska. "Například právě ŠKODA, když přestavuje výrobní linky, je musí rozmístit s milimetrovou přesností. A během budování výrobní linky je potřeba to průběžně přesně zapisovat. To jde na zemi obtížně. Pokud by to dokázal létající robot seshora, tak by to bylo výhodné. Cílem je opět zefektivnit tuto práci," uzavřel výzkumník.
Vylepšení modulárních systémů i analýzy nanomateriálů
Další oblastí, vedenou vědci z FEL, je téma Řízení modulárních systémů, struktur a materiálů. "Máme v ní tři skupiny a zapojeno je devět stávajících zaměstnanců. Budeme najímat šest nových postdoků a dva doktorandy," uvedl vedoucí této části prof. Michael Šebek z katedry kybernetiky FEL. "Tyto tři skupiny se zabývají různými tématy. Jedním z nich je vývoj modulárních materiálů, jejichž výhoda mimo jiné je, že se poměrně snadno přepraví - například do kosmu," uvedl profesor Michael Šebek, garant programu Kybernetika a robotika. "V mé skupině se zabýváme dvěma směry. Jeden je o tom, jak komponenty modulárních materiálů co nejlépe složit. Toto má skupina zkoumá už téměř dekádu a v tomto výzkumu budeme také pokračovat. Ostatně už u nás funguje skvělá spolupráce se světovou špičkou, například s MIT," zdůraznil prof. Šebek. "Druhá věc výzkumu je, jak po sestavení tyto komponenty řídit. Tím se zabývají další dvě skupiny," podotkl prof. Šebek s tím, že v rámci projektu je cílem dlouho rozvíjený výzkum významně posunout.
Dalším tématem ve vědecké režii FEL je Automatizace pro povrchové řízení nanomateriálů. "Chceme využít automatizaci a postupy v průmyslovém řízení k usnadnění naší experimentální práce. A získat výsledky, kterých bychom nedosáhli za použití standardních metod," sdělil profesor Tomáš Polcar z katedry řídicí techniky, který tuto sekci v rámci ROBOPROX vede. "Moje skupina na FEL se zabývá materiálovou vědou pro různé aplikace - v poslední době jsme řešili projekty jako materiály pro jadernou energetiku, materiály snižující tření či nové materiály pro získávání energie. Ve všech těchto oblastech chceme využít možností automatizace a optimalizace," nastínil prof. Polcar.
"Jednou z výzev je je optimalizace struktury materiálů na atomové úrovni. V podstatě se jedná o podobný optimalizační problém, který se často řeší v průmyslu - přístupy a matematický aparát jsou obdobné," nastínil vědec s tím, že řada podobných problémů je v průmyslových výrobách už vyřešena, ale některé postupy dosud nikdo neaplikoval ve materiálové vědě - a naopak. "Do tohoto projektu jsme tedy šli proto, abychom propojili naši vědu s automatizací a výpočetními metodami z jiných odvětví. To se týká například vývoje 2D materiálů," upozornil výzkumník. Stávající simulační metody jsou pomalé a výpočetně náročné. Zapojení přístupů jako machine learning nebo neuronové sítě znamená kvalitativní revoluci v simulacích a tím i v designu nových materiálů.
Další důležitou oblastí je automatizace mnoha laboratorních procesů. "Chceme 2D materiály přesouvat z jednoho materiálu na druhý řízenou a automatizovanou metodou. Tato činnost totiž dosud závisí na lidech," vysvětlil prof. Polcar. Dalším úkolem je automatizovaná analýza materiálů. Stávající analýzy jsou extrémně náročné na čas a na kvalifikovanou pracovní sílu. "Naší snahou je kombinace robotů a manipulátoru spojená a virtuálním prostředím, kde bude testování nejenže probíhat automatizovaně, ale testovací parametry se budou měnit podle analýzy dat v reálném čase," sdělil profesor Polcar. To podle něj extrémně urychlí testy a zvýší tak počet testovaných vzorků. "Očekávání jsou, že robotické testování vygeneruje dostatek dat, která využijeme v rámci jiných částí ROBOPROXu. Například v oblasti výzkumu neuronových sítí a strojového učení. Díky používání neuronových sítích pak můžeme urychlit vývoj nových materiálů," doplnil vědec.
Poslední výzvou je automatizace naprašování tenkých vrstev materiálů - což zatím v laboratoři i průmyslu také provádějí lidé. "To je drahé a navíc je produkce často chybová. Robot nejenže vše udělá přesněji, ale automatizace procesu usnadní tvoření databáze nutné pro následnou kontrolu kvality. Typický problém, se kterým se potýkáme nyní, je náhodná chybovost, kdy velmi malá část produktů nesplňuje požadované parametry. Díky automaticky vytvořené databázi se problematické vzorky najdou výrazně snáze," shrnul prof. Polcar.
Roboty k větší efektivitě
Prof. Tomáš Svoboda z katedry kybernetiky FEL vede výzkumné téma nazvané Kontinuální učení a senzorické vnímání pro dlouhodobě robustní autonomní stroje. Vědecké týmy v rámci ní budou zkoumat nové metody strojového učení, které mají zvýšit flexibilitu a robustnost robotů. Podobně, jako v případě sekce vedené prof. Polcarem, i tento výzkum reaguje na současnou potřebu velkého zapojení lidí - potřebných pro ruční označování dat.
A experti z FEL se tak zaměřují na rozvinutí málo dozorovaných metod i samoučících postupů v robotice. Jedním z aktuálně zkoumaných přístupů je kombinace diferencovatelných fyzikálních modelů a hlubokých neuronových sítí. Zapojení fyzikálního modelování přispívá i k vysvětlitelnosti chování metod strojového učení. "Nové metody dovolí mimo jiné nasazení robotizovaných strojů v dynamickém a obtížně modelovatelném prostředí, např nakladače sypkých materiálů, bagry, lesní stroje a podobně. To je ostatně i téma evropského projektu kde spolupracujeme s univerzitními i průmyslovými partnery hlavně ze Skandinávie," popsal profesor Svoboda. Druhá část této sekce cílí na výzkum paralelně běžících řídicích smyček podpořených novými postupy v senzorice např. za využití tzv. taktilních senzorů - robotické kůže. "Tyto metody by měly podpořit schopnost adaptace robotických systémů na změny pracovních podmínek i hardwaru. Roboty s kůží nabídnou přirozenější a bezpečnější interakci mezi člověkem a strojem," vysvětlil výzkumník.
Robotické směrování v dynamickém, průmyslovém prostředí s možným výskytem osob je výzkumné téma, které v ROBOPROXu vede prof. Jan Faigl z katedry počítačů. "V této části projektu pracuje tým FEL na rozvoji autonomním systémů využitelných ke zvýšení efektivity logistických scénářů. Konkrétně se tým zaměřuje na řešení robotických úloh plánování s více cíli a plánování sběru dat, ve kterých se uvažují praktická omezení robotizovaných prostředků a také okolí. Studované metody vedou také na řešení využívající časoprostorové modely, jako jsou například vzory chování v pohybu lidí během dne," popsal profesor Faigl. Podotkl, že důraz je kladen na interakci robotických systémů s lidmi reprezentující nejen dynamický element v prostředí, ale také nezbytný prvek přijmutí autonomního systému v praktickém nasazení. "Součástí uvažovaných logistických scénářů je realizace takového chování robotického systému, které vede k jeho akceptaci a buduje důvěru osob v prostředí, ve kterém je nasazen. V řešení samotné navigace robotických systémů je dále kladen důraz na řešení úlohy lokalizace, zejména přechod z vnitřních prostor budov ven, při pohybu v podnikových areálech, které vyžaduje kombinaci vhodného nastavení senzorické fúze lokalizačních metod a to bez využití signálu globálních satelitních navigačních systémů," popsal vědec.
V řešení robotických směrovacích problémů se tým zaměřuje na nové metody garantující kvalitu řešení v takzvaných kombinovaných problémech kombinatorické a spojité optimalizace. Studované formulace logistických úloh umožňují nalézt vhodná řešení s využitím dalších stupňů volnosti systémů, jako je například senzorický model v úlohách inspekce.
"Místo zjednodušujících předpokladů navštívení diskrétních míst, kde jsou provedena senzorická měření, je uvažováno spojité okolí oblastí, ze kterých je možné provést senzorická měření vedoucí k požadované kvalitě vytvořeného modelu studovaného jevu. Konkrétní měřící místa v rámci oblastí jsou nalezena jako řešení směrovací úlohy a výsledné řešení tak vedené na významně kratší, rychlejší, či levnější navštívení měřících míst," uvedl prof. Faigl.
"V neposlední řadě jsou v řešení robotických směrovacích úloh uvažována kinematická, kinodynamická a dynamická omezení robotických systémů plynoucí z využití mobilních manipulátorů na kolových, ale také kráčejících platformách, které obecně reprezentují systémy s mnoha stupni volnosti. Ta se liší od zjednodušujících předpokladů relativně snadného stanovení ceny pohybu mezi jednotlivými měřícími či doručovací místy tím, že nalezení optimálního pohybu mezi místy je obecně velmi komplikovaný, výpočetně náročný problém, ve kterém je optimální řešení pohybu navštívení více míst závislé na sekvenci míst," dodal výzkumník. Stanovení ceny pohybu mezi místy je podle jeho slov tedy závislé na pořadí, v jakém jsou místa navštívena. "Což je řešení kombinatorické části úlohy," podotkl pro. Faigl. "Proto jsou v projektu studovány metody určení horní a dolní meze kvality řešení, které jsou využity k efektivnímu prohledávání prostoru možných řešení, poskytující schůdné řešení s odhadem jeho kvality ve smyslu garance jeho vzdálenosti od možného optimálního řešení," shrnul výzkumník.
Foto: Jiří Ryszawy
