Technici v Košiciach vyvíjajú robotické hady

Použitie hada je v špecifických aplikáciách najlepším riešením. Robotického hada si dávajú aj patentovať.

Použitie robotického hada je v špecifických aplikáciách najlepším riešením. Tvrdia mladí výskumníci, ktorí sa na Technickej univerzite v Košiciach (TUKE) venujú biológiou inšpirovanej robotike. Robotického hada si dávajú aj patentovať.

KOŠICE. Doktorand Erik Prada (30) a výskumný pracovník Ivan Virgala (30) z Katedry aplikovanej mechaniky a mechatroniky Strojníckej fakulty TUKE sa robotom začali venovať už ako študenti prvého stupňa vysokoškolského štúdia v odbore mechatronika.

„Perspektívu v tom videli hlavne profesor Alexander Gmiterko a docent Michal Kelemen, ktorí sa zaoberali vývojom mikrostrojov pre inšpekčné účely. Oni nás nasmerovali k tejto oblasti výskumu vzhľadom na možné praktické aplikácie a uplatnenie v budúcnosti napríklad v inšpekčnej, servisnej, medicínskej, leteckej, ale aj vojenskej technike.“

Had sa preplazí všade

Výskumu a vývoju biológiou inšpirovaných robotických zariadení sa venujú odborníci predovšetkým z oblasti robotiky a mechatroniky. Pri vývoji takýchto zariadení si výskumníci veľmi často pomáhajú príkladmi zo živočíšnej ríše.

„Príroda zabezpečila to, že niektoré biologické organizmy sa vo svojom prostredí pohybujú najlepšie, ako sa len dá, a my sme sa pri navrhovaní robotických mechanizmov týmito organizmami nechali inšpirovať,“ hovorí Erik Prada.

Spolu s kolegom na experimentálne účely využívajú 3D hada, ktorého v rámci svojej diplomovej práce vytvoril ešte Martin Mačanga a 2D hada, ktorý bol vytvorený pracovníkmi katedry v rámci projektu LocoSnake.

Na projekte sa podieľali Ivan Virgala (vedúci projektu, programovanie), Zdenko Bobovský (konštrukčný návrh), Erik Prada (mat. modelovanie, simulácie) a Róbert Surovec (mat. modelovanie, simulácie).

A prečo práve inšpirácia hadom? Jeho pohyb sa ukázal ako najúčinnejší v obmedzených priestoroch.

Je dlhý, úzky a vyhotovený v rôznych veľkostiach sa dostane prakticky všade. Aj tam, kde roboty na kolesách ísť nedokážu.

„Skutočné hady sa pohybujú rôznymi spôsobmi. Buď vlnovým, priamočiarym, harmonikovitým pohybom, alebo niektoré druhy aj bočným skrutkovitým pohybom. Náš had sa vie pohybovať vlnovitým, priamočiarym a čiastočne aj harmonikovitým pohybom. Ak dáte živého hada do úzkeho priestoru ako je potrubie, tak sa najprv zaprie zadnou časťou, prednú vysunie a potom sa zaprie prednou časťou a zadnú vysunie. Ako nejaká harmonika. Týmto sme sa inšpirovali. Výhodou je, že čím je terén členitejší a má viac nerovností, tým je to pre pohyb robotického hada lepšie, lebo má viac plôch, od ktorých sa môže odraziť. Teraz pracujeme na jeho fixácii. Aby sa vedel zachytiť a ostať aj v šikmom potrubí bez toho, aby spadol dole. Aj keď je jeho povrch hladký, skutočný aj robotický had to dokáže len poskladaním sa a zapretím o steny,“ vysvetľuje Ivan Virgala.

Odhalí prítomnosť človeka

Takto vybavený robotický had je ideálnym prieskumníkom a pomocníkom pri prácach v potrubných systémoch, kanáloch a úzkych nepravidelných priestoroch.

„Mohol by nájsť nejaké defekty v odpadovom alebo plynovom potrubí. Môže ísť aj zvonku po potrubí alebo pomedzi viaceré potrubia. Aj v priestranstvách, kde je ťažké sa dostať, alebo kde je to nebezpečné pre človeka. Napríklad v jadrovej elektrárni za predpokladu použitia vhodného tienenia elektroniky pred radiáciou. Robotický had by sa dal vytvoriť aj vo vodotesnom prevedení,“ dopĺňa Erik Prada.

Dlhý a úzky robot sa dá využívať aj pri záchranárskych prácach v ruinách budov.

„Had sa dostane aj do štrbín a úzkych priestorov. Môžeme ho vybaviť najrôznejšími senzormi, napríklad tlakovým či infračerveným. S pomocou tepelného zistí, kde je teplota okolo 37 °C, čiže kde je človek, a kde len chladné múry. Cez zabudovaný mikrofón by zase mohol zavalený človek komunikovať so záchrancami, ktorí riadia hada. Senzor detekujúci plynové látky by pomohol určiť, kde presne uniká plyn. Kamera zabudovaná v hadovi by celú situáciu preniesla k riadiacim pracovníkom. Možnosti využitia robotického hada sú obrovské.“

Zvierací špión

V Japonsku sa využívajú v ruinách domov po zemetrasení, izraelská armáda ich v maskovaní podľa reálnych hadov využíva na vojenský prieskum.

„Vo vysokej tráve v tvare a farbách hada sú prakticky úplne nenápadné. Had niečo zistí, zdokumentuje a odíde bez povšimnutia. Keď ste v prírode a niečo zašuští a zavlní sa v tráve, určite vám nenapadne, že to môže byť robotický had. Čakali by ste živého hada.“

Mozog hada, teda mikropočítač, sa dá naprogramovať tak, aby bol robotický had riadený špecifickým programom, operátorom alebo bol autonómny.

Väčší, biely had, prezívaný aj Locosnake, je celý dielom študentov Katedry aplikovanej mechaniky a mechatroniky.

„Dali sme si ho patentovať, no stále ho zdokonaľujeme. Nepatentujeme to, že sme vynašli robotického hada, ale viaceré špecifiká v konštrukcii, ktoré na iných hadoch nie sú. Napríklad, na ňom je jedinečná kombinácia použitia akčných členov a to, že sa vie v jednotlivých článkoch vysúvať aj otáčať.“

Had z 3D tlačiarne

Práca na robotickom hadovi Locosnake nie je až taká dobrodružná ako jeho využitie v praxi. Väčšinu času strávia jeho tvorcovia matematickým modelovaním a programovaním.

Každý nový prvok musí prejsť počítačovou simuláciou, či sa had správa tak, ako si to jeho tvorcovia predstavovali.

Práca na hadovi im trvala približne rok.

„Spolu so študentmi sme si vytvorili celého hada sami. Jeho biele telo je tvorené z ABS hmoty, ktoré sme vytlačili na univerzitnej 3D tlačiarni. Aj iné roboty si vytvárajú študenti na hodinách. Učia sa, ako si robota navrhnúť, prepočítať konštrukčné časti, dať mu mozog, naprogramovať ho a aj ho zostrojiť. Najšikovnejší študenti by vedeli vytvoriť aj zložitejšie robotické systémy podobné ako je tento had.“

Vytvoriť robotický prístroj si vyžaduje znalosti elektroniky, mechaniky aj informatiky. Jeho komerčné využitie je zatiaľ v nedohľadne.

„Určite sa nebudú predávať len tak v obchodoch, ale zákazníkom priamo na mieru podľa potrieb.“

Keď je sloboda viac ako zárobok

Okrem robotického hada majú výskumníci v laboratóriu aj robotického pavúka. Aj pri ňom sa inšpirovali pohybom skutočného pavúka.

„V nadrozmerných veľkostiach s robotickou rukou sa pavúky využívajú v lesoch na zbieranie spadnutých stromov.“

Mladí vedci veria, že ich odbor v budúcnosti predčí aj informatiku, ktorá dnes zažíva vrchol.

„Naši najlepší študenti sa rýchlo rozchytajú v dobrých firmách. Je po nich dopyt doma aj v zahraničí. My sme na univerzite ostali hlavne kvôli slobode, aj keď by to bolo v súkromnom sektore určite finančne zaujímavejšie. Ale ak by sme pracovali pre nejakú spoločnosť, museli by sme vyvíjať len to, čo by práve potrebovala a kedy by potrebovala. Tu nie sme limitovaní neustálou úzkou špecializáciou. Môžeme popustiť uzdu svojej kreativite a pracovať tak aj na prvý pohľad netradičných, ale o to zaujímavejších nápadoch.“

Robotický pavúk. Pohybuje sa ako ten skutočný.