Osvětlete, prosím, jak tento minipočítač, s nímž si na dálku zatápíte na chatě, funguje.
Je to počítač Raspberry Pi, dneska asi nejrozšířenější na celém světě. Vejde se do dlaně, přitom má skoro stejný výkon jako notebook. Běžně ho pořídíte za 35 dolarů, zhruba 700 korun. Pro něj my vyvíjíme řídicí systém, který si každý může za dalších 35 dolarů stáhnout na internetu. Je v něm naše zkondenzované úsilí za posledních patnáct let.
A co všechno tedy ta vaše krabička umí?
Jak jsem už říkal, může řídit topení. Pošlu tam esemesku, zpátky mi přijde zpráva: Kotel je zapnutý, případně i informace o teplotách v jednotlivých místnostech. To samé je možné udělat přes internet, on-line si prohlédnete, jaké jsou teploty ve vašem domě. Ze záznamů teplot se dá zpětně zjistit i přítomnost člověka v místnostech. Kdo má doma bazén, může regulovat parametry vody. Náš řídicí systém dokáže také optimalizovat spotřebu elektrické energie v domácnosti, kde jsou využívány různé zdroje energie - fotovoltaické panely, tepelné čerpadlo, baterie atd. Je možné využít krabičku i na zvýšení bezpečnosti. Všechny tyto funkce náš řídicí systém zvládne, dům se stává inteligentním. Nicméně tyto systémy nevyrábíme pro průmysl, ale primárně pro, jak my říkáme, hobbisty. Řada mých kolegů i studentů využívá tento systém pro řízení vytápění svých domů, chalup a bytů.
Miloš Schlegel
|
Předpokládám, že vyvíjet řídicí systémy pro laiky není gró vaší práce.
To pochopitelně ne, soustředíme se především na spolupráci s průmyslovými partnery. Odhaduji, že zhruba polovina naší výzkumné práce je určena přímo pro ně. Nicméně jsem přesvědčen o tom, že součástí výzkumu by měly být i sny výzkumníků, kteří vymyslí nějakou věc, o níž jsou přesvědčeni, že bude užitečná v běžném životě. Ani na základní výzkum nerezignujeme, snažíme se však volit taková témata, která můžeme dotáhnout až do reálných aplikací v praxi. Navíc oživování skutečných aplikací je v našem oboru jeden z nejlepších zdrojů nových teoretických problémů. Takový styl práce vítají i spolupracující firmy, oceňují, že od rozdělané práce neutíkáme a nebráníme se účastnit celého procesu od počátku až do konečné aplikace.
Kde všude výsledky vaší práce pomáhají?
My se zabýváme návrhem řídicích systémů, a to v plné šíři, tzn. jak hardwarem, tedy v podstatě počítačem, tak důmyslem, který se do počítačů vkládá. Vyvíjíme pro ně algoritmy řízení. Pro naše partnery jsme udělali mnoho aplikací v oblasti řízení procesů, konkrétně třeba regulátor výkonu pro výzkumný jaderný reaktor v Řeži u Prahy.
Druhá velká oblast, kterou se zabýváme, je robotika. Vyrábíme diagnostické roboty v současnosti především pro jaderná zařízení. Naši roboti se například pohybují na potrubních systémech elektrárny a testují ultrazvukem jejich svary, zda nedošlo k jejich poškození. Vyvinuli jsme také miniponorku do bazénu vyhořelého paliva, i ta v radioaktivním prostředí diagnostikuje, zda jsou svary v pořádku. Velmi spolupracujeme též s automobilovým průmyslem, jeden náš robot například opakovaným řazením rychlostí automaticky testuje životnost řadící skříňky. Vyvinuli jsme i robotické pracoviště, které testuje životnost převodovky při opakovaných mezních změnách její teploty.
Za vaši velkou aplikaci pro obrábění zalomených hřídelů do lodních motorů ve Vítkovicích jste získali zlatou medaili na brněnském veletrhu.
Ano, zautomatizovali jsme proces jejich ustavování do soustruhu. Měří až deset metrů, některé váží i 80 tun. Předtím se celá ta činnost dělala ručně, soustružník vše postupně obcházel, velkým klíčem utahoval matky. Zabralo to třeba týden. Dnes se ustavení zkrátilo na pět minut, a přitom s desetkrát větší přesností, než s jakou by to udělal člověk.
Chystáte nějaké nové projekty?
Ano, právě připravujeme dva velmi zajímavé. Jeden se týká výrobního univerzálního stroje, který by v sobě integroval i kognitivní funkce. Například stroj by měl oči v podobě kamery. Představte si, že máte výrobní pás a na každém výrobku je potřeba něco udělat. Pokaždé je však výrobek jinde umístěný nebo jinak orientovaný. Vy ale potřebujete dosáhnout toho, aby výsledek byl stále stejný. Snažíme se vyvinout pokud možno univerzální nástroje pro tvorbu řídicích systémů takovýchto flexibilních strojů.
Co je tou druhou oblastí?
Kolaborativní robot. Zaznamenáváme čím dál větší poptávku po robotech, kteří nepracují v „ochranné síti“, ale přímo s lidmi a neexistuje riziko, že jim něčím ublíží. Musí být vybaveni takovou senzorikou a algoritmy, aby spolupráce robota a člověka byla možná a bezpečná. Navíc může být požadováno, aby mezi sebou komunikovali normální řečí. Jádro problému už není v jejich mechanické výbavě, ale v tom programovém vybavení, v „chytrosti“, kterou do toho stroje vložíme. Já vždycky říkám studentům, že oživujeme Golema. Šém, který se mu vkládal do čela, byl ve skutečnosti tajná šifra složená z posloupnosti písmen. I my našimi programy stroje takto oživujeme.
Jak dlouho vám trvá vývoj jednotlivých aplikací?
Většinou nemůže trvat dlouho, partneři z průmyslu chtějí zpravidla věc okamžitě. Mohou to být tři měsíce, jindy půl roku. Větší projekty samozřejmě trvají déle.
A vše funguje na bázi algoritmů?
Ano. Kvalitu a konkurenceschopnost dnešních strojů často určují právě algoritmy řízení. My vždycky v první fázi vytvoříme matematický model. K němu vytvoříme na obrazovce virtuální model. Třeba vytvořený model robota se díky naším složitým rovnicím pohybuje na obrazovce jako živý. Teprve když máme model takto vytvořený a vyvinuté příslušné řídicí algoritmy, přesuneme se do fáze, kdy otestovaný systém přenášíme do reality. To je dnes nejefektivnější způsob vývoje. Základem je matematické modelování a teorie automatického řízení, modely jsou většinou ve tvaru diferenciálních a algebraických rovnic, výzkumník je musí umět sestavovat a řídit.
Na podzim jste se stali teprve třetím pracovištěm na světě, které dokázalo sestrojit trojité inverzní kyvadlo. Můžeme přiblížit jeho princip?
Představte si, že na prstu ruky máte tyčku a balancujete s ní tak, aby zůstala ve vzpřímené poloze. To je úloha řízení jednoduchého inverzního kyvadla. Představte si ale, že na konci je otočný kloub, na něm další tyčka a na jejím konci další kloub a další tyčka. Vybalancovat celou tu konstrukci je mimořádně těžký úkol. Výzkumníci na celém světě se předhánějí, jak složité soustavy dokáží uřídit. Rekord je zatím tři kyvadla nad sebou, my nyní pracujeme na tom, abychom přidali ještě jedno. Začínáme navíc s tím, že kyvadlo zprvu visí dolů a je třeba, aby se nejprve vyšvihlo nahoru.
Vytvořit čtverné kyvadlo je podle vás reálné?
Nikde na světě ještě není, byla by to světová premiéra. Máme výhodu v tom, že máme vyvinutý vlastní řídicí systém, vlastní hardwarové i softwarové prostředky. Nejsme uživatelé, kteří by si zakoupili software a naučili se jej obsluhovat. To by k novým objevům nevedlo. Když chcete být na špičce, musíte si nástroje vyvíjet sami, abyste v nich mohli dělat změny a vyvíjet věci tak, jak vy potřebujete. Uvidíme, jestli se nám čtverné kyvadlo podaří uřídit. Jde skutečně o mimořádně obtížný problém.
Má to nějaké praktické využití?
Po pravdě, přímé využití nemá. Je to však krásná ilustrace toho, co lze dokázat zpětnou vazbou. Kromě toho jde o všeobecně přijatý problém pro testování návrhových metod nelineárních dynamických systémů. Navíc s podobnými problémy se setkáváme například při řízení chůze tzv. humanoidních robotů, tj. robotů podobajících se člověku.
