Aktuální vydání

celé číslo

06

2019

Počítačová podpora vývoje a výroby, software pro řízení údržby 

celé číslo

Cimon – inteligentní pomocník astronautů

Výrazným trendem současnosti je masivní rozvoj inteligentních pomocníků neboli asistentů pro podporu člověka při ovládání složitých výrobních strojů, energetických zařízení, při řízení automobilů a jiných dopravních prostředků a rovněž při činnostech v digitální domácnosti. Stranou nezůstává ani kosmonautika, kde byl nedávno představen inteligentní pomocník astronautů s názvem Cimon (Crew Interactive Mobile Companion). 

Ideovým robotickým vzorem inteligentního asistenčního systému Cimon byl profesor Simon Wright, „létající mozek“ se snímači, kamerami a řečovým procesorem z kresleného komiksu Captain Future z roku 1980. Ale až téměř o 40 let později mohl nyní inteligentní pomocník a společník astronautů Cimon učinit ze science fiction skutečně realitu. 

Koordinovaný vývoj přinesl úspěch

Inteligentní pomocník astronautů Cimon (obr. 1) se má od léta 2018 stát novým spoluobyvatelem Mezinárodní vesmírné stanice ISS (International Space Station), aby jako technický experiment demonstroval spolupráci lidí a inteligentních strojů na palubě ISS. Vývoj a stavbu interaktivního systému pro podporu astronautů zadal Odbor pro management kosmických letů Německého střediska pro letectví a kosmonautiku (Raumfahrtmanagement des DLR) s podporou Spolkového ministerstva pro hospodářství a energie (BMWi) k rea­lizaci společnosti Airbus ve Friedrichshafenu a Brémách. Na vývoji lidských aspektů asistenčního systému se podíleli vědečtí pracovníci z kliniky univerzity Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) v Mnichově. Téměř 50členný projektový tým odborníků z DLR, LMU a firem Airbus a IBM pracuje na realizaci inteligentního pomocníka astronautů Cimon od srpna 2016. „Cimon je v této podobě na světě ojedinělý,“ shrnuje Dr. Christian Karrasch, vedoucí projektu Cimon v Odboru pro management kosmických letů DLR v Bonnu. „Tento experiment jsme realizovali ve velmi krátkém čase a měl ukázat, jak dalece lze astronauty v evropském modulu Columbus na ISS při jejich pracích podporovat, a především z nich sejmout provádění rutinních úkolů. Tím by mohli astronauti svůj čas na mezinárodní stanici ISS využít ještě lépe a efektivněji. Vstupujeme zde na „novou pevninu“ a se systémem Cimon se pohybujeme na hranici současných technických možností.“ 

Parabolické lety pro zkoušky ve stavu beztíže

První zkoušky ve stavu beztíže absolvoval systém Cimon již 9. března 2018 v rámci 31. série parabolických letů prováděných DLR za účelem simulace stavu beztíže ve francouzském Bordeaux. Aby byl uvedený systém optimálně připraven na pobyt na ISS, kde bude ve stavu beztíže trvale, byly ověřovány zejména funkce orientování, navigace a řízení. Systém Cimon prokázal, že ve stavu beztíže může bezpečně manévrovat a ve všech zkouškách bravurně obstál. V červnu má být dopraven na palubě amerického kosmického transportéru Space-X-15 na stanici ISS (obr. 2), kde se ho ujme německý astronaut Alexander Gerst. 

Činnost systému Cimon na ISS

Pohled na systém Cimon vcelku ještě na Zemi je na obr. 3, v částečné demontáži na obr. 2. Technické podrobnosti o něm jsou shrnuty v připojeném textu na rastru.

Po předání systému Cimon na ISS a po ověření jeho funkceschopnosti mají německý astronaut a jeho inteligentní pomocník Cimon společně pracovat na třech vybraných úkolech, konkrétně na pokusech s krystaly, při skládání Rubikovy kostky a na lékařském experimentu, při kterém bude Cimon využíván jako létající kamera. Ten astronautovi umožní mít obě ruce volné, protože nebude např. manuálně ovládat žádný počítač. Díky hlasově řízenému přístupu k dokumentům a médiím bude moci astronaut pohodlně procházet popisy a návody k obsluze a opravám palubních zařízení i informace k prováděným experimentům. Systém Cimon tak bude fungovat jako kompletní databanka všech údajů nezbytných pro práci na ISS a bude moci být současně využit také jako mobilní kamera pro účely dokumentace.

Inteligentní pomocník astronauta Cimon při své premiéře ve vesmíru ještě nedisponuje všemi myslitelnými a vývojáři zamýšlenými schopnostmi a funkcemi. „Ve střednědobém výhledu se chceme věnovat také skupinovým jevům, které se u menších týmů během delší doby vyvíjejí a u dlouhodobých misí na Měsíc a Mars mohou propuknout naplno. Sociální interakce mezi člověkem a strojem, mezi astronautem a jeho letovým pomocníkem vybaveným emocionální inteligencí, by tak mohla mít značný význam pro úspěch těchto misí,“ objasňuje Till Eisenberg, vedoucí projektu Cimon ve společnosti Airbus. „Mimoto naše techniky zajímají též možnosti zpracování velkého množství dat (Big Data) a jejich systematické využití (Data Mining).“

„Chceme s využitím projektu Cimon vyšetřovat aktuální možnosti zařízení s funkcí umělé inteligence ve všestranně složitém prostředí, jaké bezesporu představuje ISS, abychom mohli lidi v takových prostředích co nejlépe podporovat,“ vysvětluje Matthias Biniok, vedoucí projektu ve firmě IBM, zájem firmy na projektu. „Tyto schopnosti mohou být v průběhu každého využití individuálně trénovány a prohlubovány. Umělá inteligence přitom využívá zejména umělé neuronové sítě,“ zdůrazňuje Matthias Biniok. Pro zpracování textu, řeči a obrazů, pro vypátrání specifických informací a poznatků, jako třeba informací o průběhu experimentů, nebo pro interpretaci nálad a pocitů je v zařízení Cimon využíván hlasem řízený systém umělé inteligence WatsonKI právě z cloudu firmy IBM. 

Vědecké pozadí

Inteligentní pomocník astronautů Cimon má ale také vědecké pozadí: odbornými poradci projektu jsou Dr. Judith-Irina Buchheimová a prof. Dr. Alexander Choukčr z kliniky pro anesteziologii LMU v Mnichově, kteří se v různých výzkumných projektech zabývají důsledky stresu na imunitní systém člověka. „Přitom nevyšetřujeme jenom pacienty na stanicích intenzivní péče, nýbrž také lidi, kteří jsou v důsledku okolního prostředí vystaveni mimořádnému stresu a pracovnímu zatížení, jako např. polární badatelé v Antark­tidě nebo astronauti na ISS,“ uvádí Dr. Buchheimová a doplňuje: „Naše výzkumy ukazují, že činnost imunitního systému astronautů může být pobytem ve stavu beztíže významně narušena. Stres je přitom důležitý ovlivňující faktor.“ Ukazuje se, že náročné úkoly, které člověk plní spolu s kolegou, pociťuje při dobré spolupráci jako méně náročné. „Systém Cimon by mohl jako partner a doprovod astronauty při jejich obrovském množství experimentů, servisních úkonů a opravářských prací účinně podporovat a tím snížit jejich stresové namáhání. Uvažované možnosti využití výsledků výzkumu na Zemi jsou podle Dr. Buchheimové zejména při podpoře inženýrů, vědců a lékařů při výkonu jejich náročného a zodpovědného povolání. 

Závěr

Vedle hlavních řešitelů jsou dalšími partnery v projektu Cimon Evropská vesmírná agentura (ESA), která celý projekt zastřešuje, a Evropské centrum pro kosmický výzkum a techniku (ESTEC) v Noordwijku (Nizozemsko), zajišťující technickou integraci, středisko BioTESC v Hergiswilu ve Švýcarsku, zajišťující přípravu a provedení provozních experimentů v infrastruktuře ISS, Řídicí centrum Columbus při DLR v Oberpfaffenhofenu, zajišťující operační plánování mise, a Evropské středisko pro výcvik astronautů EAC v Kolíně nad Rýnem.

Odborníci ESA nyní se zájmem očekávají, jak se inteligentní pomocník astronautů Cimon při kosmických letech osvědčí a jak jeho pomoc astronauti přijmou a ocení. První výsledky a zkušenosti by mohly být známy již koncem roku 2018.

[„Hallo, ich bin Cimon!“. Press Release Airbus, 26. 2. 2018. Cimon – der intelligente Astronauten­assistent. Presseinformation DLR, 2. 3. 2018.]

 

Ing. Karel Kabeš

Obr. 1. Inteligentní asistenční systém pro astronauty Cimon (foto: DLR/T, Bourry ESA)

Obr. 2. Systém Cimon na palubě Mezinárodní vesmírné stanice ISS ve fotomontáži (foto: DLR/T, Bourry ESA)

Obr. 3. Inteligentní pomocník astronautů Cimon na pracovišti Evropského střediska pro výcvik astronautů EAC v Kolíně nad Rýnem (foto: DLR/T, Bourry ESA)

Obr. 4. Při výrobě inteligentního pomocníka astronautů Cimon byla využita progresivní technika tisku všech kovových a plastových dílů na tiskárně 3D (foto: Airbus)

Cimon

Inteligentní pomocník astronautů Cimon může vidět, slyšet, rozumět, mluvit – a létat. Má kulovitý tvar o průměru 32 cm, hmotnost 5 kg a špičkové technické vybavení. Jeho „obličejem“ je displej vznášející se přibližně ve výši očí astronautů. Může zobrazovat a vysvětlovat informace, návody k vědeckým experimentům či opravám palubních zařízení. V místě jeho „očí“ jsou dvě kamery a pro rozpoznání obličejů spolupracovníků je vestavěna další kamera. Dvě postranní kamery jsou určeny k videodokumentaci a mohou být využity také pro další počítačově generované přídavné funkce (rozšířená realita). Ultrazvukové snímače měří vzdálenost k objektům hrozícím kolizí. Jako „uši“ funguje sedm mikrofonů pro zjištění směru, odkud zvuk přichází, plus další směrový mikrofon pro kvalitní rozpoznání řeči. Jeho „ústy“ je reproduktor, přes který může mluvit a přehrávat hudbu. Základem systému umělé inteligence pro porozumění řeči je produkt Watson KI firmy IBM. Samostatné učení bylo vyloučeno, a Cimon proto musí být aktivně trénován člověkem. Umělá inteligence pro autonomní navigaci pochází od společnosti Airbus a zajišťuje naplánování pohybů a rozpoznání objektů. Díky čtrnácti vestavěným ventilátorům se zařízení Cimon může volně pohybovat a otáčet ve všech prostorových směrech; může se tedy natočit k astronautům, když je jimi osloven. Rozměry „obličeje“ systému Cimon odpovídají lidským proporcím. Je možná gestikulace a mimika, ale také volba zobrazení ženského, mužského nebo neutrálního vzhledu a hlasu. Celkový design inteligentního pomocníka astronautů Cimon byl realizován ve spolupráci s firmou Reichert Design ze Stettenu am Bodensee. Jeho konstrukce je velmi kompaktní a všechny jeho kovové i plastové díly byly kompletně vytištěny tiskárnou 3D.