Jak zaczęła się Pani przygoda z robotami i studenckim kołem naukowym?
Chciałam pracować z młodzieżą, dlatego po ukończeniu studiów na kierunku automatyka i robotyka postanowiłam pozostać na uczelni i tutaj rozwijać karierę naukową, ale przede wszystkim dydaktyczną. To mnie najbardziej ciągnęło. I w pewnym momencie pojawiło się grono młodych, zainteresowanych światem robotyki studentów. Pojechałam z nimi w roli opiekuna do Poznania, na zawody walk robotów sumo. Ta wyprawa rozbudziła wyobraźnię i przede wszystkim pokazała studentom możliwości stworzenia czegoś z niczego. Pomysł tak się spodobał, że studenci postanowili założyć na Wydziale Mechanicznym własne koło naukowe. Rozpoczynali pod opieką dr. Ryszarda Szczebiota, a gdy odszedł z uczelni, mnie zaproponowali przejęcie opieki nad kołem. I tak to się zaczęło…
Zaczynaliśmy praktycznie od zera. Na początku działalności koła studenci budowali roboty z części z demobilu, z tego, co nie było już potrzebne w innych katedrach, w innych jednostkach uczelni. Podejmowaliśmy bardzo różne i ciekawe próby, które stopniowo zbliżały nas do zbudowania robota sumo.
Do robotów jeszcze wrócimy, ale wyjaśnimy czym właściwie jest robotyka.
To dziedzina nauki, która zajmuje się konstruowaniem, wykorzystaniem i rozwojem urządzeń, które mogą działać autonomicznie. To urządzenia, które w znaczący sposób ułatwiają nam życie. Roboty wspomagają nas w pracy zawodowej, ale również w życiu codziennym. Z tej pomocy korzystamy obecnie coraz częściej i wydaje mi się, że to całkiem słuszny kierunek.
Czyli robot sprzątający, który plącze się po nam mieszkaniu, to urządzenie z zakresu robotyki…
Oczywiście!
…ale już wieloczynnościowy ekspres do kawy – niekoniecznie.
To jest automat. Często zdarza się, że te urządzenia – automaty i roboty – trudno odróżnić, ponieważ ich funkcje się zazębiają. Ale warto zapamiętać, że roboty możemy w każdej chwili przeprogramować, zmienić ich zadanie i cel. Natomiast automaty są usystematyzowane i działają w ciągły, określony sposób.
Roboty, które w fabryce aut wykonują np. elementy karoserii, działają w sposób zautomatyzowany, wykonują powtarzalną czynność. Mówimy jednak o nich: robot przemysłowy…
Tak, ponieważ w każdej chwili możemy zmienić ich przeznaczenie: przestawić na linię obok i sprawić, by zamiast karoserii, wykonywały elementy podwozia, a nawet – po zamontowaniu innego ramienia – skręcały komponenty auta. Ten sam robot będzie mógł też na przykład malować dzbanki. Różnica polega na tym, że roboty przemysłowe są wielozadaniowe i wielocelowe, natomiast automaty nie są tak uniwersalne.
Roboty przemysłowe kojarzą się najczęściej z wieloczynnościową maszyną posadowioną w miejscu, ale istnieją też takie, które się przemieszczają…
To wyspecjalizowane roboty typu AGV, czyli Automated Guided Vehicle. Ich zadaniem jest przemieszczać obiekty logistycznie, mogą np. paletyzować, czy porządkować ładunek w magazynie. W każdej chwili możemy zmodernizować ich ścieżkę, zmienić zakres przemieszczania się, zdefiniować nowy rodzaj produktów itd. Takie roboty mogą jeździć po różnych nawierzchniach, poruszać się wzdłuż i wszerz po ścianach, sufitach, regałach – to wszystko zależy od odpowiednio dobranego układu zawieszenia.
Roboty sumo mało tego, że są mobilne, to jeszcze potrafią ze sobą walczyć!
Ich głównym celem jest to, by jak najszybciej odnaleźć przeciwnika i wypchnąć go poza matę. Czyli po pierwsze wyposażamy robota w czujniki, które będą wykrywały białą linię, wyznaczającą teren, na którym toczy się walka. Po drugie – montujemy pługi, które będą w stanie oderwać przeciwnika od maty. Jeszcze wcześniej – korzystamy z czujników wykrywających obecność – chodzi o to, żeby jak najszybciej wykryć, gdzie znajduje się przeciwnik i w tę stronę skierować atak. Jest tu sporo aspektów wartych rozpatrzenia. Dzięki doświadczeniu, które nasi studenci zdobywają na turniejach, powstało sporo ciekawych konstrukcji, pomysłów i artykułów naukowych.
Trzeba przyznać, że walki robotów sumo przebiegają w dość dużym ferworze, angażują nie tylko konstruktorów-zawodników, ale też publiczność. Roboty, które powstają w pracowniach, budowane dużym nakładem pracy, wychodzą z tych potyczek mocno pokiereszowane. Kiedy wygrywają, jest ogromna radość i satysfakcja.
Wyobraźmy sobie kolejne dni otwarte na uczelni, albo wydziale, a na nich walki robotów wyposażonych w miotacze ognia… To by była atrakcja! Publiczność byłaby zachwycona!
Możemy rzucić takie wyzwanie konstruktorom. Jestem przekonana, że nie zabrakło by im wyobraźni i pomysłów. Aczkolwiek doświadczenie i ostrożność podpowiadają, że to chyba niezbyt dobry pomysł. (śmiech)
Ile trwa proces projektowania i skonstruowania robota sumo?
Żeby dopracować taką wersję, która nas w pełni usatysfakcjonuje: działa tak, jak chcemy i jest zdolna do wygrywania, potrzebny jest minimum rok. Potrzebne są bowiem testy, próby, sparingi z przeciwnikami, np. podczas turniejów, a potem czas na wprowadzenie udoskonaleń i poprawek. To wymaga nakładu pracy i czasu. Rok w rok, czerpiąc z doświadczeń, dostępności do lepszych rozwiązań, komponentów, studenci tworzą coraz lepsze konstrukcje. Cały czas szukamy, modernizujemy, ulepszamy. Mamy też do dyspozycji coraz lepsze procesory, czujniki, które szybciej reagują. Ten upgrade jest niezbędny i wymagany, bo „kto nie idzie do przodu, ten się cofa”.
Czy właśnie tak wygląda praca studentów w kole naukowym robotyków?
Zaczynaliśmy skromnie, ponad 10 lat temu. Konstruowaniem robotów zajmowało się wtedy 12-14 studentów. Natomiast w przeciągu zaledwie kilku lat, koło rozrosło się do prawie setki osób. Organizacyjnie, a także pod względem możliwości wspierania studentów w rozwoju – bo właśnie taki jest sens i podstawa mojej pracy – było coraz trudniej. Dlatego musiałam prosić o pomoc kolegów. W tej chwili pracujemy we trójkę – współopiekunami w Studenckim Kole Naukowym Robotyków są dr hab. inż. Kazimierz Dzierżek, prof. PB oraz dr inż. Rafał Grądzki. Wspiera nas w tej pracy kolega z katedry mgr inż. Maciej Rećko.
Powstają u nas konstrukcje naprawdę różnego typu. Były roboty kroczące sześcionożne, czteronożne, roboty jeżdżące na kołach szwedzkich tzw. Mecanum. Były roboty, które śmigały po linii, czyli tzw. Line Followery. Powstała cała seria robotów Micromouse, które szukają najszybszej drogi w labiryncie, także roboty hybrydowe. W naszym kole student sam decyduje, czym chce się zająć, czego spróbować, jaki ma pomysł. Staramy się zrobić wszystko, żeby mu to umożliwić. Rozmawiamy nad możliwością realizacji projektu, albo też koniecznością jego modyfikacji. Ustalamy, czy student da radę wykonać projekt sam, czy może trzeba dobrać zespół. Tak to mniej więcej działa. Natomiast tych konstrukcji w przeciągu tych lat, kiedy jestem opiekunem koła, powstało setki. Zastanawiam się nawet skąd ci młodzi ludzie mają te pomysły, wiedzę. Brawo Wy! Pole do popisu jest olbrzymie.
Co zachęciło studentów do pracy w kole? Musi być w tym jakiś haczyk…
Osiągnięcia, możliwości testowania nowych rzeczy, dostęp do coraz lepszych materiałów i narzędzi, a przede wszystkim ciekawość! Myślę, że obserwując, co robi ta niewielka grupka, jakie ma możliwości i czym się zajmuje w wolnej chwili, także sam fakt, że można na uczelni, w fajnym towarzystwie, tworzyć coś ciekawego – przyczyniło się do sukcesu koła. Później przyciągała też popularność, bo fajnie jest należeć do koła, które wygrywa i prezentuje swoje możliwości za granicą. Dzięki udziałowi w turniejach mogliśmy poznać Stany Zjednoczone, Australię, Japonię, kraje europejskie. Przecieraliśmy szlaki na międzynarodowych zawodach łazików marsjańskich w Stanach Zjednoczonych. Startowaliśmy tam od 2009 roku! W 2011 roku łazik Magma2 zdobył mistrzostwo. Kolejne sukcesy pojawiły się w 2013 i 2014 roku z łazikiem Hyperion i Hyperion 2.
Pracę w kole zaczynamy jednak od „przedszkola”. Studentów, którzy są na początku swojej przygody z robotyką, ale nie są jeszcze zdecydowani, nie wiedzą co umieją, zachęcam do konstruowania z zestawów Lego. Na początku były tzw. RCX’y, Mindstorm 2.0, teraz mamy EV3. Konstrukcje z klocków Lego są o tyle wdzięcznym materiałem, że pozwalają się sprawdzić czy chcemy być konstruktorami, programistami, a może sprawdzimy się jako osoby zarządzające logistyką.
Załóżmy, że chcielibyśmy skonstruować robota…
Najpierw wymyślamy cel, czyli zadanie, które nasz robot ma realizować. W oparciu o to, określamy jego możliwości, czyli jak powinien się poruszać i co powinien wokół siebie wykrywać. Następnie, jak powinien zareagować na informacje uzyskane z otoczenia. W ten sposób klaruje się nam ścieżka, co dalej robić. Dobieramy kluczowe komponenty i komponujemy je razem. Tworzymy algorytm sterowania i program, który będzie podejmował próbę realizacji zadania, czyli uruchamiamy napędy, odczytujemy stany czujników i w oparciu o tę informację realizujemy taki lub inny proces.
To algorytm i aplikacja komputerowa sprawiają, że roboty wykonują pracę w czasie rzeczywistym…
Tak. I to właśnie jest piękne w robotach, że one tak robią. Oczywiście roboty mogą też pracować w oparciu o zdalne sterowanie operatora – to jest bazowa jego umiejętność. Ale też tworzymy te konstrukcje w takim celu, żeby w momencie, kiedy tego sterowania zabraknie, albo nie będzie wymagane, robot mógł działać autonomicznie. Podejmować pewne decyzje w oparciu o pewien zakres informacji i program, który mu dostarczymy.
A jak się konstruuje takiego księżycowego lub marsjańskiego robota?
Długo (śmiech). Proszę pamiętać o tym, że my tworzymy analogi łazików marsjańskich, czy roboty które nigdy nie polecą w kosmos. Natomiast są to konstrukcje, które zawierają różne studenckie pomysły i idee. Po to właśnie powstały zawody University Rover Challenge, w których bierzemy udział, żeby właśnie tą młodą myśl, młodych zdolnych z pomysłami wyłapać i wykorzystać w przemyśle kosmicznym. Czas od pomysłu do realizacji w przypadku takiego łazika to mniej więcej pół roku intensywnej pracy zespołu od 6 do 10 osób. Gdzie mielibyśmy mechanika, elektronika, programistę… Jednym słowem: sprawny, zgrany team, który zarządzałby budową robota w oparciu o analizę wcześniejszych konstrukcji, sporego doświadczenia i dokonań naszych studentów i innych zespołów; podjąłby decyzje, jakiego typu zawieszenie wybrać, jakie silniki, jaki system pokładowy… no i całej rzeszy innych skomplikowanych decyzji, których na pewnym etapie nawet ja już nie ogarniałam. Dbałam jedynie, żeby mieli możliwości, fundusze, czas i wystarczający zapas herbaty…
Szczerze podziwiam tych młodych ludzi, ich możliwości i wiedzę. Jestem świadoma, że sięgają czasem dużo dalej niż ja. Te nowości, które wyłuskują, ciekawostki, to jest pasjonujący proces, który od wielu lat już obserwuję i wspieram.
Jak wyglądają te najbardziej prestiżowe zawody University Rover Challenge?
Same zawody to kwestia kilku dni. Natomiast poprzedzają je wielomiesięczne przygotowania. Najpierw są oczywiście kwalifikacje, potem przygotowania do wysyłki robota, bo leci on w częściach, zabezpieczonych w skrzyni. Później jest transport i kilkudniowa podróż na pustynię w stanie Utah, gdzie rozgrywane są zawody. Teren przypominający Marsa znajduje się pobliżu małego miasteczka Hanksville. Tu zlokalizowany jest ośrodek badawczy NASA Mars Desert Research Station. Po przyjeździe, zwłaszcza drużyny spoza USA, zabierają się do składania łazików. Dobrze, jeśli wszystko mamy ze sobą, ale nie raz zdarzało się, że polskie drużyny pożyczały sobie nawzajem narzędzia. Potem testujemy łaziki, zgrywamy mapy, dane do GPS-sów itp. Wreszcie wyjazd na same zawody. Łazik jest najpierw sprawdzany pod względem spełnienia limitu wagi – to jedno z najważniejszych kryteriów. Potem konkurencje są poprowadzone tak, że właściwie mijamy się z naszymi przeciwnikami. Na terenie zawodów możemy bowiem przebywać tylko podczas wykonania zadania, czyli około 30 minut. W zasadzie aż do ogłoszenia wyników nie mamy pełnego przeglądu sytuacji i nie wiemy, jak poradziły sobie pozostałe zespoły.
Zawody przebiegają w pięciu konkurencjach. Co ciekawe rok w rok, rośnie poprzeczka i wymagania stawiane łazikom. Pamiętam, że podczas naszych początkowych startów, w konkurencji zwanej „szukanie życia” wystarczyło pobrać próbkę gleby, przeprowadzić kilka testów już w laboratorium stacjonarnym i przygotować krótki wykład dla naukowców, w którym ocenialiśmy w oparciu o pozyskane dane możliwość rozwoju życia. W kolejnych edycjach wymagano, żeby próbki gleby pobierane były hermetycznie. W kolejnych pojawił się wymóg, żeby pewien zakres badania próbki był przeprowadzony na pokładzie łazika, zanim ten wrócił do bazy.
Życzę więc Pani oraz studentom wielu sukcesów na kolejnych zawodach robotycznych. Dziękuję za rozmowę.
Rozmawiał Krzysztof Sadowski, Radio Akadera
Dr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
- wykładowca na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej (Katedra Robotyki i Mechatroniki)
- specjalista w zakresie robotyki
- od 2007 roku opiekunka Studenckiego Koła Naukowego Robotyków
oprac. mr
