Aktuální vydání

celé číslo

01

2020

Operátorské panely, HMI, SCADA

celé číslo

Autonomní kosmické roboty nové generace

Odborníci z Německého výzkumného centra pro umělou inteligenci DFKI představili na mezinárodním veletrhu Hannover Messe 2019 vybrané výsledky svých výzkumných prací a nová robotická zařízení vyvíjená za účelem použití v kosmu. 

Stále dokonalejší a inteligentnější roboty mají v dalších fázích výzkumu vesmíru před sebou skvělou budoucnost. V současné době jsou roboty v kosmickém prostoru zatím většinou pasivními pozorovateli nebo jsou ovládány člověkem ze Země. Při budoucích kosmických misích budou ovšem roboty používány k řešení čím dál složitějších a obtížnějších úkolů. Na cizích planetách budou mít za úkol vniknout do těžko přístupných oblastí, jako jsou jeskyně a krátery, nebo vybudovat infrastrukturu pro budoucí pracovní základny. Na oběžné dráze budou zajišťovat údržbu a opravy satelitů nebo odstraňovat z vesmírného prostoru tzv. kosmický šrot. Protože ovládat robotická zařízení na dálku ze Země není z důvodu zpoždění v komunikaci při zkoumání hodně vzdálených nebeských těles možné, musí být budoucí kosmické roboty schopné pracovat v extrémních provozních podmínkách a po dlouhá časová období zcela samostatně.

Obr. 1. Polopoušť v americkém státě Utah se podobá krajině na Marsu (foto: DFKI GmbH)

Aby bylo možné splnit velká očekávání spojovaná s robotickými zařízeními určenými k použití v kosmu, je ve středisku Robotics Innovation Center (RIC), součásti Německého výzkumného centra pro umělou inteligenci se sídlem v Brémách (Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz – DFKI GmbH), vyvíjen novátorsky koncipovaný hardware a software, který se v rámci tzv. analogických misí ověřuje na Zemi. Vybrané výsledky svých výzkumných prací a nová robotická zařízení vyvíjená pro použití v kosmu prezentovali odborníci ústavu DFKI na veletrhu Hannover Messe 2019 [1]. 

Zaměřeno na budoucnost: autonomie na základě umělé inteligence a multifunkční morfologie

V robotickém inovačním středisku RIC ústavu DFKI jsou pod vedením prof. Dr. Franka Kirchnera, dr. h. c., vyvíjena autonomní robotická zařízení pro použití v kosmu vyznačující se tím, že díky velkému počtu nejrůznějších snímačů dokážou velmi dobře vnímat svoje okolí. Pro snímání okolí, lokalizaci a rozvrhování pohybu robotických zařízení používají brémští vědci metody a algoritmy umělé inteligence, např. strojové učení. To umožňuje robotům nejenom samostatně přijímat rozhodnutí a jednat, ale také se učit z důsledků svého chování. Použití robotů na planetárních a orbitálních misích plánovaných na delší časová období a bez možnosti zásahů lidské obsluhy v reálném čase si snad ani jinak nelze představit.

Obr. 2. Řízení dvojice robotů v Utahu z řídicího střediska v Brémách s použitím exoskeletu

Aby se na cizích planetách mohly roboty pohybovat i v obtížně schůdném, ale vědecky mimořádně zajímavém terénu, navrhují pro ně vědečtí pracovníci střediska RIC poměrně velmi složité, biologicky inspirované mobilní a morfologické struktury: od kráčejících robotů s mnoha končetinami přes hybridní zařízení, využívající kombinaci nohou a kol, až po vzpřímeně chodící a šplhající humanoidní konstrukce. Díky jejich modularitě, a také schopnostem vlastní rekonfigurace, lze tato zařízení flexibilně přizpůsobovat různým pracovním podmínkám a úlohám. 

Intuitivní ovládání na dálku a spolupráce člověka a robotu

Autonomní robot musí být v případě potřeby rovněž ovladatelný na dálku ze Země nebo z kosmické stanice. Zásahy člověka v průběhu mise mohou být nutné zejména v úlohách vyžadujících vysoký stupeň provozní flexibility robotu. Vědečtí pracovníci z ústavu DFKI k tomu vyvíjejí zcela nové prostředky dálkového ovládání, vyznačující se intuitivní obsluhou. Tak lze robot ovládat na dálku např. při probíhání přes řídicí stanoviště s použitím přenosného exoskeletu, takže je možné použít zpětnovazební přenos síly. Tímto způsobem člověk operátor pocítí, když robotické zařízení narazí na překážku, a má tak dojem, že se přímo účastní dané události.

Obr. 3. Šestinohý kráčející robot Crex autonomně zkoumá vnitřek lávové jeskyně na ostrově Tenerife (foto: DFKI GmbH)

V budoucnu by měly roboty a astronauté v kosmu spolu také přímo spolupracovat, např. při výstavbě infrastruktury. Při tom počítají odborníci ústavu DFKI s různými stupni autonomie podle složitosti konkrétního úkolu. Astronaut zasáhne, jakmile zjistí, že robot už nemůže dál, a poskytne mu nové podněty k jednání. Za účelem co nejvíce usnadnit spolupráci zkoumají odborníci ústavu též nové metody analýzy a potvrzování záměrů, umožňující např. na základě fyziologických údajů zjistit a poté použít při optimalizaci jednání robotu citové rozpoložení a duševní stavy člověka. 

Ven z laboratoře: ověřovací zkoušky autonomních kosmických robotů

Aby bylo jisté, že nová technika bude v drsných podmínkách okolního prostředí na Marsu nebo na Měsíci pracovat podle očekávání, je nutné ji ověřit v prostředí mimo laboratoř v pokud možno realistických podmínkách odpovídajících budoucímu využití – k tomu jsou organizovány tzv. analogické mise. Při jedné z nich se odborníci ústavu DFKI a Univerzity Bremen vypravili koncem roku 2016 do amerického státu Utah, do polopouště s podobnými prostředím, jaké panuje na Marsu (obr. 1). Na tamním zkušebním polygonu v podmínkách blízkých realitě v mnoha náročných zkouškách ověřili funkci a schopnosti robotických vozíků Rover SherpaTT a Coyote III. Cílem mise bylo vytvořit z heterogenní dvojice robotů logistický systém a ověřit, zda dokáže autonomně prozkoumat okolí a odebrat vzorky půdy. K řízení této analogické zkušební mise využili odborníci řídicí stanoviště v Brémách, z něhož mohli prostřednictvím satelitního spojení komunikovat s roboty v Utahu. S použitím exoskeletu se operátorovi dařilo intuitivně řídit zařízení vzdálená více než 8 300 km (obr. 2).

Obr. 4. Robotické vozítko Mikro-Rover Coyote III je vhodné i pro aplikace na Zemi (foto: DFKI GmbH)

V listopadu 2017 uskutečnili odborníci z ústavu DFKI dvoutýdenní zkušební misi na kanárském ostrově Tenerife. Ověřovali zde robotické algoritmy nově vyvinuté pro částečně i zcela autonomní průzkum těžko přístupných oblastí, které robotu Crex (Crater Explorer), šestinohému kráčejícímu robotu momentálně určenému k průzkumu kráterů na Měsíci, a robotickému vozítku Asguard IV umožnily prozkoumat největší lávové jeskyně na ostrově, velmi zajímavé pro přípravu na výzkum kosmu (obr. 3). V listopadu až prosinci 2018 vyzkoušeli vědečtí pracovníci z Brém společně se svými evropskými partnery v marocké poušti software vyvinutý pro použití v kosmu. Jako robotická zkušební platforma byl opět využit hybridní kráčející a jezdicí robotický vozík SherpaTT [2]. 

Kosmická technika k řešení životu nebezpečných úloh na Zemi

Kosmická robotická technika má obrovské možnosti využití i na Zemi. Zařízení specializovaná na neschůdné terény v kosmu jsou vhodná také k použití v extrémních a lidskému životu nebezpečných prostředích na Zemi, např. v hloubce oceánu nebo v kontaminovaných oblastech a objektech. Aby dosahovaly potřebné autonomie, a tudíž schopnosti samostatně jednat, musí roboty použité na Zemi splňovat veskrze obdobné požadavky jako v kosmu, zejména pokud jde o mobilitu, robustnost a schopnost učit se. V tomto kontextu se pracovníkům ústavu DFKI již podařilo mj. upravit robotické vozítko Sherpa TT k použití pod mořskou hladinou jako autonomní podvodní vozítko pro získávání surovin minimálně zatěžující životní prostředí nebo ke sledování stavu zařízení umístěných v mořské hlubině. Dále také vybavili vozítko Mikro-Rover Coyote III (obr. 3) detektorem plynu, takže může po katastrofické události samostatně a bez ohrožení lidských životů prozkoumat např. těžko přístupná místa v budově a popř. vystopovat unikající plyn. Další informace lze nalézt na stránce www.dfki.de/robotik

Závěr

Zajímavá prezentace novinek Německého výzkumného centra pro umělou inteligenci DFKI na Hannover Messe vzbudila pozornost mnoha návštěvníků. Odborníci oceňovali široké možnosti transferu úspěšných novinek v oboru kosmické techniky využívajících metody umělé inteligence k pozemnímu využití, zejména v nebezpečném prostředí po živelních katastrofách.

 

Literatura:

[1] DFKI GmbH. DFKI präsentiert neue Generation autonomer Weltraumroboter auf der Hannover Messe 2019. Pressemitteilung DFKI, 14. 3. 2019.

[2] KABEŠ, K. Úspěšné zkoušky nové techniky a softwaru pro kosmické roboty EU v Maroku. Automa. Děčín: Automa – ČAT, v tisku.

 

Ing. Karel Kabeš