Autonómnej mobilnej robotike sa na Katedre elektrotechniky, automatizácie a informatiky, v súčasnosti v Ústave elektrotechniky, automatizácie, informatiky a fyziky Technickej fakulty SPU v Nitre, venujú vyše 19 rokov. Vývojový tím nepretržito rozvíja viacero zaujímavých projektov, jeden z hlavných bol vývoj autonómneho mobilného robota SaMoRob. Aké úspechy odborníci TF doteraz zaznamenali a čomu sa v rámci spolupráce s praxou aktuálne venujú v oblasti vývoja riadiacich systémov, priblížil doc. Vladimír Cviklovič.

Pán docent, fakultný tím už dlhodobejšie vyvíja úspešnú činnosť v oblasti autonómnej mobilnej robotiky. Môžete nám ju na úvod krátko priblížiť?

Naša činnosť začala v rokoch 2002 až 2007, keď sme vyvinuli robot na sledovanie a mapovanie objektov. V roku 2007 sme navrhli a testovali riadiace algoritmy na báze PSD a fuzzy na modeli mobilného robota EN10, neskôr sme pristúpili k testovaniu použiteľnosti odometrie v systéme autonómneho riadenia na modeli EN20. V rokoch 2009 až 2011 sme sa venovali štúdii a realizácii inerciálnej navigačnej jednotky založenej na snímači ADS16405BLMZ a 32-bitovom mikrokontroléri. Ďalšie štyri roky nám zabral návrh algoritmov pre spracovanie obrazu systémom dvoch kamier s určením do riadkov a radov rastlín. Následne až do roku 2019 sme pracovali na navigačných algoritmoch strojového učenia s využitím laserového 2D skenera a v tomto roku sme aj úspešne zrealizovali autonómny mobilný robot SaMoRob s prezentáciou na výstave Agrokomplex v Nitre. V súčasnosti sme v štádiu ukončovacej fázy vývoja prívesu rosiča.

Jedným z hlavných projektov vášho tímu je práve spomínaný autonómny mobilný robot SaMoRob. Na čo je stroj určený?

Autonómny mobilný robot SaMoRob je určený na podporu činností v presnom poľnohospodárstve. V súčasnosti pracujeme na vývoji prívesu rosiča s určením na rosenie vo vinohradoch a ovocných sadoch. Umiestnenie systému rosiča s nádržami je riešené na samostatnom prívese, čím sme znížili tlak pneumatiky na pôdu rozložením hmotnosti stroja medzi tri nápravy. Robot je aplikovateľný do existujúcich podmienok bez potreby dodatočných úprav cieľového pozemku. Navigácia robota zahŕňa fúziu satelitnej, inerciálnej navigácie a odometrie. Navigácia v riadku a okolí rastlín je založená na číslicovom spracovaní obrazu v reálnom čase. Detekcia a lokalizácia rastlín využíva algoritmy a systém počítačového videnia. Orientácia v radoch a detekcia prekážok je posilnená priestorovým videním s použitím systému LiDAR. Vzdialenosť je meraná v rozsahu 270° v štyroch rovinách s vysokou presnosťou. Rozvíjame aj bezpečnostný systém detekcie ľudí, zvierat a prekážok. Riadenie je decentralizované v poruchových stavoch a centralizované v bezporuchovej prevádzke. Riadenie a bezpečnosť prevádzky autonómneho mobilného robota je založená na mikrokontroléroch, DSP a FPGA. Všetky časti autonómneho mobilného robota boli a priebežne sú vyvíjané a vyrábané na UEAIF a TF SPU v Nitre. Spracovanie obrazu máme stále vo vývojovom režime založené na výkonnom počítači s operačným systémom. Po ukončení častí vývoja algoritmov spracovania obrazu pripravujeme bezpečnejšie a v praxi autonómnej techniky uprednostňované riešenie s použitím čipov FPGA.

Tento projekt nie je o jednom človeku. Vo vašom vývojovom, výskumnom a výrobnom tíme má každý svoju úlohu. Akú?

V prvom rade treba zdôrazniť, že ide o skladačku nadšených skvelých ľudí, kvalitných odborníkov a vývojárov plných ochoty vytvoriť niečo dobré. Náš tím tvorí stabilných desať členov a niekoľko ďalších

členov, ktorí prispeli k celkovému dielu. Martin Olejár sa venuje sprístupneniu prevádzkových veličín na diaľku a zároveň automatizácii rovnomernosti a presného dávkovania postreku. Ladislav Tóth sa venuje spracovaniu obrazu a údajov zo snímača LiDAR. Lukáš Vacho sa zameriava na implementáciu neurónových sietí a umelej inteligencie naprieč celým spektrom aplikácií. Patrik Kósa do súčasnosti pracuje ako konštruktér, ktorého veľkým prínosom je prepracovaný prezentovateľný dizajn. V rámci vedeckých úloh sa venuje automatizácii postreku spolu s Martinom Olejárom. Juraj Rác je nepostrádateľný ako technik, ktorý realizuje väčšinu odborných prác. Dušan Marko sa venuje výskumu riadiacich algoritmov so zameraním na ich energetickú efektívnosť. Mariánovi Kiševovi vďačíme za koncepciu podvozku a množstvo fyzickej práce v dielňach. Hydraulický okruh nám zapojil skúsený technik pán Mesároš. Dušan Hrubý nás spolu s vedúcim Ondrejom Lukáčom podporuje aj pridaním ruky k dielu vo forme rôznych podporných prác, práve on začal s robotickými modelmi na pôde fakulty, čím založil základný kameň v tejto oblasti spolu so svojím vtedajším doktorandom Mariánom Amrichom. Ja sa venujem navigácii, tvorbe riadiacej elektroniky, firmvérov a rôznych komunikačných softvérov spájajúcich prácu celého tímu.

Ako hodnotíte čas, ktorý ste strávili tvorbou reálneho stroja? Prispeli ste k novým poznatkom vo vede?

Z pohľadu požadovaných odborných kvalít a aj času stráveného v dielňach Technickej fakulty je to nevďačná práca, pretože nie je uznávaným výstupom tvorivej činnosti. Avšak bez tejto činnosti by sme v danej oblasti a reálnych podmienkach nevedeli realizovať výskum. Myslím si, že táto práca bude mať oveľa väčší dosah do budúcnosti a práve teraz je čas, keď sa náš tím bude rozrastať o ďalších kvalitných ľudí. Podľa mňa je to nutná podmienka, ale nie postačujúca.

Významný úspech je asi to, že máme na Slovensku svoju technológiu autonómneho mobilného robota, aj keď nie je na špičkovej svetovej úrovni. Úspechom však je, že sme už akceptovaní svetovou konkurenciou a pozývaní na najvýznamnejšie fóra zamerané na autonómnu techniku.

Vráťme sa ešte k samotnému stroju. V oblasti poľnohospodárstva sú na autonómne mobilné roboty kladené špecifické požiadavky, čomu musí byť prispôsobený aj návrh stroja po technickej stránke. Aké dôležité parametre musia byť dodržané?

Popri dôležitých vlastnostiach autonómnych strojov ako je nízka hmotnosť, dlhý akčný rádius, vysoký výkon, presnosť určenia polohy, bezpečnosť sú dôležité aj dopady sociálne, ekonomické a environmentálne. Dnes je na fakultách univerzity skúmaný aj negatívny dopad technogénnych faktorov a možnosti jeho znižovania, čo nemôžeme pri vývoji ignorovať. Autonómny mobilný robot SaMoRob, ako hlavný projekt na našom pracovisku, bol vyvíjaný s ohľadom na všetky spomenuté oblasti. Ako som už uviedol, v súčasnosti sme v štádiu ukončovacej fázy vývoja Autonómneho rosiča do ovocných sadov a vinohradov. Sociálny dopad robota SaMoRob v prípade použitia prívesu rosiča je v znížení negatívneho vplyvu chemických látok na zdravie človeka, pretože systém je bezpilotný. Pozitívny ekonomický a ekologický dopad predpokladáme v spresnení dávkovania postreku, čím sa zníži aplikované množstvo chémie. Tým je znížený negatívny dopad na prírodu a zároveň sú efektívnejšie využité finančné prostriedky na chemické ošetrovanie rastlín. Do budúcnosti musíme uvažovať aj s politikou v oblasti vozidiel, ktorá je zameraná na elektromobilitu a autonómnu techniku. Hľadáme cesty, ako sa vysporiadať aj s touto výzvou.

Takže príves rosiča je už prakticky vyrobený a ste v štádiu ukončovacej fázy. Čo riešite aktuálne?

Aktuálne riešime prepojenie druhého hydraulického okruhu s pohonom čerpadla a ventilátora. Súčasne sa sústreďujeme na implementáciu riadiacej elektroniky dýz s komunikačným protokolom s centrálnym systémom riadenia. Chceme sa vyhnúť zbytočnej duplicite snímačov. Teda systém

snímania bude informovať o polohe a výške viniča či stromu v polohovou značkou, na základe ktorej bude riadené rosenie.

Akej ďalšej problematike sa vy osobne venujte v rámci spolupráce s praxou?

Osobne sa dlhodobo venujem vývoju riadiacich systémov okolo rôznych presných priemyselných technológií a kryotechnológií. Podľa mňa je nevyhnutné, aby si univerzitný pedagóg overil „svoju pravdu“ v podmienkach národnej alebo svetovej konkurencie. Prispeje to ku skromnosti a uvedomeniu si nekonečna v poznaní. Na našej katedre to máme prirodzene zaužívané, pretože náš odbor je aj naším koníčkom. Možno aj preto máme dobré vzťahy s našimi študentmi.

A aká je vaša vízia do budúcnosti?

V budúcnosti náš tím plánuje vyvíjať autonómny penetrometer na meranie utlačenia pôdy, a to v spolupráci s odborným tímom profesora Vladimíra Rataja, ktorý už má v tejto oblasti výborné výsledky. Podobne je rozpracovaná aj myšlienka automatizácie odberu pôdnych vzoriek. V rovine súčasnej európskej politiky hľadáme cesty výroby elektrickej verzie autonómneho mobilného robota.