Autonomni robotski brodovi za prikupljanje otpada iz amsterdamskih kanala
Roboats je zajednički projekt MIT-a i Grada Amsterdama
Istraživači MIT-a (Massachusetts Institute of Technology) i Amsterdamskog instituta za napredna metropolitanska rješenja (AMS Institute) udružili su se kako bi razvili autonomni robotski brod koji će se između ostaloga koristiti i za uklanjanje otpada iz mnogobrojnih amsterdamskih kanala.
Autonomni robotski brodovi „Roboats“ imaju mogućnost automatskog samosastavljanja, a dizajnirani su za prijevoz ljudi i robe, sakupljanje otpada i povezivanje u plutajuće strukture u amsterdamskim kanalima.
Grad Amsterdam u skoroj budućnosti planira koristiti flotu autonomnih robotskih brodova koji će ploviti njegovim brojnim kanalima te prevoziti robu i ljude, skupljati otpad ili se samostalno sastavljati u plutajuće strukture i pješačke mostove. Kako bi u tome uspjeli zatražili su pomoć istraživača MIT-a (Massachusetts Institute of Technology) koji su svojim ranije razvijenim robotskim brodovima dali novu mogućnost - međusobno se povezuju i to pokušavaju sve dok u tome ne uspiju!
Pod vodom je otprilike četvrtina površine Amsterdama – grada sa 165 kanala koji se protežu duž gradskih prometnica i četvrti. MIT i Amsterdamski institut za napredna metropolitanska rješenja (AMS Institute) su se udružili prije nekoliko godina na razvoju projekta „Roboat“. Njihova je ideja izgradnja flote autonomnih robotskih brodova - pravokutnih trupova opremljenih senzorima, potisnicima, mikrokontrolerima, GPS modulima, kamerama i drugom opremom, koji će omogućiti inteligentnu mobilnost na vodi s ciljem smanjenja prometnih gužvi na frekventnim gradskim prometnicama.
Kako ponovno iskoristiti amsterdamske kanale
Jedan od ciljeva projekta je stvaranje robotskih brodova koji omogućuju prijevoz gradskim kanalima, a drugi je korištenje roboat jedinica za automatsko oblikovanje pop-up struktura, kao što su pješački mostovi, pozornice za razna događanja pa čak i tržnice. Strukture bi omogućavale automatsko raspoređivanje po potrebi u određenom vremenu i za različite aktivnosti. Osim toga, roboat jedinice mogle bi se koristiti i za prikupljanje podataka o gradskoj infrastrukturi te kvaliteti zraka i vode.
Tijekom 2016. godine istraživači MIT-a testirali su prototip Roboata koji je plovio amsterdamskim kanalima, krećući se naprijed, unatrag i bočno duž unaprijed programiranog puta. Prošle godine, istraživači su dizajnirali jeftinije i manje 3D tiskane verzije ovih robotskih brodova, koje su bile učinkovitije i brže, no ipak opremljene naprednim tehnologijama. U radu predstavljenom na Međunarodnoj konferenciji o robotici i automatizaciji, istraživači su opisali roboat jedinice koje se sada mogu i međusobno povezati. Algoritmi upravljanja usmjeravaju roboate do određenog cilja, gdje se s milimetarskom preciznošću automatski povezuju prilagođenim mehanizmom za zaključavanje. Štoviše, roboat prati je li se dobro povezao s drugom jedinicom i ukoliko nije pokušava ponovno – sve dok ne uspije.
Istraživači su testirali tehniku povezivanja u bazenu na MIT-u i na rijeci Charles. U oba slučaja, roboat jedinice su se obično uspjele povezati za oko 10 sekundi ili su to uspjele nakon nekoliko neuspjelih pokušaja. U Amsterdamu bi mogli biti posebno korisni za skupljanje otpada u noćnim satima - Roboat jedinice mogu ploviti oko kanala, smjestiti se i zakačiti na platforme na kojima se nalaze kontejneri za otpad i vući ih u objekte u kojima se prikuplja otpad.
„U Amsterdamu su se kanali nekada koristili za prijevoz i druge potrebe za koje se sada koriste ceste. No, ceste u blizini kanala sada su vrlo zakrčene, a promet uzrokuje buku i onečišćenje, pa grad ponovno želi iskoristiti kanale“, rekao je glavni istraživač Luis Mateos s Odsjeka za urbane studije i planiranje te istraživač u MIT Senseable City Lab. „Samopogonske tehnologije mogu uštedjeti vrijeme, troškove i energiju te poboljšati razvoj grada.“
„Cilj je koristiti Roboat jedinice kako bi ponovno potaknuli korištenje amsterdamskih kanala“, dodala je robotičarka Daniela Rus, ravnateljica Laboratorija za informatiku i umjetnu inteligenciju (CSAIL) na MIT-u. „Novi mehanizam za zaključavanje vrlo je važan za stvaranje pop-up struktura. Roboatu taj mehanizam nije potreban za autonomni prijevoz na vodi, no potreban je za stvaranje struktura, mobilnih ili fiksnih.“
Robotski brodovi mogu se koristiti za prijevoz ljudi i robe ili čak za obavljanje gradskih usluga preko noći, umjesto tijekom dnevnih sati / MIT © Courtesy of the researchers
Povezivanje roboatsa
Svaki roboat opremljen je mehanizmima za zaključavanje, na prednjoj, stražnjoj i bočnoj strani. Komponenta kugle podsjeća na lopticu za badminton - gumeno tijelo u obliku stošca s metalnom kuglom na kraju, dok je utičnica široki lijevak koji kuglu vodi u receptor. Unutar lijevka laserska zraka djeluje kao sigurnosni sustav koji detektira kada kugla prijeđe u receptor. To aktivira mehanizam s tri kraka koji se zatvara i hvata kuglu, a istovremeno šalje povratni signal oba roboata da je veza uspostavljena.
Po pitanju softvera, svaki roboat opremljen je LIDAR sustavom i kamerom što mu omogućuje autonomno kretanje od jedne do druge točke oko kanala. Svaka priključna stanica - obično nepokretni roboat, ima umetnutu oznaku za aplikaciju proširene stvarnosti, nazvanu AprilTag, koja podsjeća na pojednostavljeni QR kod. Uobičajeno za robotske aplikacije, AprilTag omogućuje robotima da otkriju i izračunaju svoje precizne 3D pozicije i orijentaciju u odnosu na oznaku.
Ova oznaka i kamere nalaze se na istim mjestima u središtu svakog roboata, a kada je pokretni roboat udaljen otprilike jedan ili dva metra od stacionarnog, on izračunava svoj položaj i orijentaciju prema oznaci. Mjerenjem udaljenosti i položaja lijevog i desnog dijela oznake roboat se usmjerava te se može precizno povezati kada su kamera i oznaka savršeno izravnati.
Lijevak pritom kompenzira odstupanje u nagibu roboata (ljuljanje gore i dolje) i uzdizanju (okomito gore i dolje) jer su valovi u amsterdamskim kanalima relativno mali. Ako, međutim, roboat izađe iz izračunate udaljenosti i ne primi povratni signal laserske zrake, znat će da se nije uspio povezati. „Na nemirnim vodama roboat jedinice ponekad nisu dovoljno jake da bi izdržale udare vjetra ili vodene struje“, kazao je Mateos. „Logička komponenta na roboatu kaže: Niste uspjeli, vratite se, ponovno izračunajte svoju poziciju i pokušajte ponovno.“
Budući razvoj projekta
Istraživači sada projektiraju roboat jedinice približno četiri puta veće od trenutnih, koje će biti znatno stabilnije na vodi. Mateos također radi na doradi lijevka koji uključuje gumene hvataljke nalik pipcima lignje kojima hvata svoj plijen. To bi moglo pomoći da se roboat jedinice bolje kontroliraju kada, na primjer, vuku platforme ili druge roboate kroz uske kanale.
Također, dorađuje se i sustav koji prikazuje oznake na LCD monitoru koji mijenja kodove kako bi signalizirao višestruke roboat jedinice za sastavljanje po predviđenom redoslijedu. U početku će se svim roboat jedinicama dati šifra koja će će ih približiti točno na jedan metar. Kod će se zatim mijenjati i usmjerava prvi roboat na mehanizam za zaključavanje. Nakon toga, LCD monitor će mijenjati kodove kako bi navodio sljedeći roboat i tako dalje.
„Promjenom koda roboatu se prenosi poruka koja mu govori što treba raditi“, rekao je Mateos.
Ovo istraživanje financiraju Amsterdamski institut za napredna metropolitanska rješenja (AMS Institute) i Grad Amsterdam.
S.F. / Ekovjesnik