Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Mistrovství světa v robotickém jachtingu 2011

K popularizaci a propagaci servisních robotů významně přispívají jejich soutěže, které od roku 1997 pořádá celosvětově i na národních úrovních mezinárodní iniciativa RoboCup (www.robocup.org) pro podporu vzdělávání v oborech umělé inteligence a autonomních mobilních robotů.

Soutěže robotů, které pořádá organizace RoboCup, probíhají každoročně v několika disciplínách. Nejznámější a nejpopulárnější jsou soutěže v robotickém fotbale, vzbuzující zájem o robotiku především mezi mládeží. U nás méně známé, ale ve světě stále populárnější jsou mezinárodní soutěže roboticky ovládaných plachetnic, pořádané od roku 2008, pokaždé v jiné zemi.

Mistrovství světa robotických jachet

Po prvních třech ročnících, uspořádaných v Rakousku, Portugalsku a Kanadě, se čtvrtý světový šampionát v robotickém jachtingu WRSC (World Robotic Sailing Championship), neoficiální mistrovství světa robotických plachetních člunů, letos konal poprvé v Německu, v přístavním městě Lübeck. Ke sportovním i technickým soubojům (obr. 1) zde 16. až 20. srpna 2011 vysílalo svoje roboticky ovládané jachty na hladinu řeky Wakenitz patnáct týmů ze šesti zemí (Francie, Izraele, Německa, Rakouska, USA a Velké Británie). Soutěžící čluny byly podle soutěžního řádu WRSC rozděleny podle velikosti do tří tříd: MicroMagic s délkou člunů od 0,5 do 1 m, Sailbot s délkou člunů do 2 m a Micro­transat s délkou člunů do 4 m. Odborná porota při soutěži hodnotila především řídicí algoritmy, ovladatelnost, dodržování kurzu, přesnost navigace, rychlost, schopnost vyhýbat se překážkám a samostatně plnit všechny jachetní disciplíny. Ve třídě MicroMagic se na prvním místě umístil tým Univerzity Lübeck, ve třídě Sailbot tým Americké námořní akademie (US Naval Academy) a ve třídě Microtransat tým rakouské vědeckotechnické společnosti Innoc (Österreichische Gesellschaft für innovative Computerwissen­schaften) z Vídně.

V celkovém pořadí všech zúčastněných plavidel (po zkorigování výsledků podle skutečné délky člunů) se na prvním místě již počtvrté za sebou umístil tým společnosti Innoc se svým plachetním člunem ASV-Roboat, těsně před týmem Univerzity Lübeck (obr. 2).

Vítězný člun ASV-Roboat má trup délky 3,72 m a hmotnost téměř 300 kg a soutěž byla pro něj generální zkouškou před připravovanou konkrétní výzkumnou misí. Je vybaven komplexní, důmyslnou elektronikou a počítačovým řízením na bázi umělé inteligence. K automatickému ovládání kormidla, nastavování plachet i napájení elektroniky je třeba značné množství energie, kterou dodává vestavěný fotovoltaický systém se slunečním panelem o ploše 1,5 m2 a dvěma lithium-iontovými bateriemi k zajištění provozu při nedostatku slunečního svitu (i v noci). Pro případ nouze je na palubě člunu ještě malý meth­anolový palivový článek schopný dodávat elektrický proud v potřebném množství nejméně po dobu jednoho měsíce plavby.

Mistrovství světa v robotickém plachtění doprovázela i letos tradiční vědecká konference IRSC (International Robotic Sailing Conference), na které bylo odborníky z celého světa prezentováno v pěti tematických sekcích celkem 70 příspěvků. Aktuální byly letos zejména informace o vývoji robotických plachetních člunů pro dlouhodobý autonomní provoz, schopných přeplout třeba i Atlantický oceán. Cílem závodu i konference bylo prokázat použitelnost robotických člunů v praxi a umožnit soutěžícím týmům navázat osobní kontakty a vyměnit si zkušenosti. Bližší informace jsou na www.wrsc2011.org a www.innoc.at/home/news-artikel/.

Zájem o robotické jachty rychle roste

Zatímco systémy pro automatické řízení plavidel s použitím mechanických nebo elektronických autopilotů jsou již delší dobu běžně k dispozici i pro menší plachetnice (Segelyachten), zájem o robotické jachty (Segel­roboter, „plachetnicové roboty“) vzrostl teprve v posledních několika letech. Přitom nejde jen o schopnost dodržovat požadovaný kurz – problematika robotických jachet je mnohem komplexnější. Autonomní člun musí sám zvolit správný kurz, správně nastavit kormidlo a plachty a vzít v úvahu směr a sílu větru i proudění. Navíc musí včas rozpoznat a obeplout jiná plavidla a překážky v plavební dráze a musí umět komunikovat s ostatními účastníky (lodního) provozu, popř. také s řídicím stanovištěm.

Stejně rozmanité jako technické problémy jsou i motivace, proč se vývojem robotických plachetních člunů zabývat. Významnou roli zde hraje komplexní technická problematika, která fascinuje vědce, vývojáře i studenty z celého světa. Velmi lákavou předností jachet je jejich nezávislost na pohonných hmotách, která umožňuje uskutečnit dlouhodobé autonomní plavby. Vědci ze společnosti Innoc a Státní univerzity Oregon (Corvallis, USA) např. již několik let spolupracují na vývoji systému pro studium chování velryb v Tichém oceánu. Přitom počítají s tím, že robotická jachta typu ASV-Roboat bude tyto mořské savce na jejich plavbě delší dobu doprovázet a např. bude zaznamenávat a analyzovat zvuky, kterými se navzájem dorozumívají, aniž by byl záznam rušen hlukem lodního motoru. Jejich cílem je uskutečnit v roce 2012 první autonomní „výzkumnou“ plavbu robotické jachty po trase z Havaje do Oregonu (asi 4 000 km). Vědci z Walesu mají zase zájem vyvinout malé a robustní robotické jachty umožňující sledovat parametry životního prostředí. Robotické jachty vybavené vhodnými přístroji by se mohly dobře uplatnit také jako pátrací plavidla při prohledávání velkých vodních ploch při různých katastrofách, jako např. při zřícení francouzského dopravního letadla Airbus A330 v červnu 2009 do Atlantiku poblíž Brazílie.

Velká příležitost pro výchovu mladých odborníků

Řízení a ovládání směru plavby, zpracování dat z nejrůznějších čidel a snímačů, přesné určování polohy, zabránění kolizím a plánování správného kurzu jsou jen ty základní úkoly, které je třeba vyřešit při vývoji autonomního robotického plavidla. K jejich úspěšnému zvládnutí jsou nutné znalosti, které studenti informatiky a řídicí techniky na univerzitách a odborných vysokých školách získávají na přednáškách a seminářích a které by měli prohloubit a prověřit v praxi při práci na konkrétních projektech. Od roku 2009 se proto v Ústavu pro robotiku a kognitivní systémy Univerzity v Lübecku studující informatiky a příbuzných oborů pod vedením prof. Dr. Alexandera Schlaefera aktivně podílejí na vývoji inteligentních robotů pro plachetnice a pomáhají při stavbě malých robotizovaných jachet.

Obtížnost práce spočívá zejména v množství rozdílných problémů, které musí studenti při stavbě robotického člunu zvládnout, a to od vývoje složitého hardwaru, včetně návrhu palubního procesoru, navigační desky s přijímačem systému družicové navigace, klimaticky odolných snímačů k měření směru a síly větru až po software, vlastní řídicí algoritmy a autark­ní systém napájení. Vedle toho musí často řešit i úkoly, které jsou pro studenty informatiky neobvyklé. Proto jim např. studenti z Odborné vysoké školy Lübeck pomohli s kalibrací snímačů v aerodynamickém tunelu či lübečtí modeláři plachetnic s optimalizací oplachtění.

Práce na interdisciplinárních problémech je pro studenty dobrou přípravou na pozdější profesionální uplatnění. Vztah řešených úkolů k obecným úlohám využití informatiky v praxi je totiž velmi blízký. Stěžejním úkolem výzkumu v lübeckém Ústavu pro robotiku a kognitivní systémy je v současnosti např. vývoj metod pro navigaci robotů pro lékařské použití. A tak podobně jako roboticky ovládaný člun musí umět podle mapy určit svoji polohu a polohu mělčin, je zase v medicíně důležité umět z obrazových dat stanovit přesnou polohu orgánů a operačních nástrojů v lidském těle. 

Závěr

Myšlenku uspořádat mistrovství světa v robotickém jachtingu právě v Lübecku přivezli studenti magisterského studia Ústavu pro robotiku a kognitivní systémy univerzity v Lübecku ze své cesty na poslední mistrovství světa v Kanadě, kde výrazně uspěli. Ve spolupráci s mezinárodním programovým a organizačním výborem se pak také aktivně podíleli na přípravě a zajištění letošního šampionátu a přispěli tak k jeho hladkému průběhu a velkému vědeckotechnickému i společenskému úspěchu.

 

[Weltmeisterschaft im Robotersegeln 2011: 15 Crews aus sechs Nationen wetteifern in Lübeck. Pressemitteilung der Universität zu Lübeck, 5. srpna 2011.]

Ing. Karel Kabeš

Obr. 1. Při soutěži musely robotické jachty prokázat stejné manévrovací schopnosti jako lodě při skutečné jachtařské regatě (foto: WRSC)

Obr. 2. Rozšířený tým Univerzity Lübeck – druhý v celkovém pořadí (foto: WRSC)