Přesnější a rychlejší mapování znečištění vodních ploch i lepší ovládání pasivních hladinových plavidel tažených lodí byly hlavní cíle projektů kooperace robotických dronů vyvíjených Skupinou multirobotických systémů FEL ČVUT (MRS) a autonomně řízených lodí. Výsledky představili výzkumníci před pár dny u břehů vodní nádrže Orlík.

Nad hladinu a okolní louky se vzneslo během soustřední v minulých dnech přes 40 létajících robotů a do různých experimentů se zapojilo také kolem 60 expertů a expertek. Ukázky vycházejí z několika projektů, na nichž skupina z Fakulty elektrotechnické ČVUT spolupracovala s odborníky a odbornicemi z České zemědělské univerzity v Praze (ČZU) a firem Fly4Future a Eurosecur.

„Vědecky zajímavé na těchto projektech bylo to, že jsme autonomii dronu a autonomie lodi museli propojit pomocí prediktivního a kooperativního řízení, kdy se model pohybu lodi dynamikou výrazně liší od modelu dronu,“ uvedl doc. Martin Saska, vedoucí skupiny MRS působící na katedře kybernetiky.

„To vše bylo třeba provést v reálných podmínkách, kde jsou vítr, vlny a podobně. To byly ty největší výzvy, kterým jsme čelili,“ podotkl výzkumník.

Odpadky a sinice

Na Orlíku tým ukázal, jak autonomní drony umí usnadnit a zpřesnit pohyb plovoucího objektu (například měřící bóje) taženého robotickou lodí. „Když loď na dlouhém laně táhne objekt, je obtížné zajistit jeho přesný pohyb po požadované trajektorii.

V případě kooperativní manipulace lodí a dronem, lze využít velký výkon lodi a zároveň mnohem agilnější pohyb dronu. Vhodným skládáním sil působících takto různorodým týmem robotů, lze dosáhnout mnohem přesnějšího řízení pohybu vlečeného objektu.

Díky tomu se dokážeme vyhýbat překážkám, případně získávat senzorická data v přesně požadovaných lokacích,“ vysvětlil doc. Saska.

Drony z FEL ČVUT ale také hledají odpadky na vodních hladinách. Poté, co je najdou, vyšlou informaci lodi, která připluje a nepořádek na daném místě vysbírá. Což je postup výhodný z hlediska času i nákladů.

Spolupracující týmy létajících a plavajících robotů pak s velkou přesností zvládnou i detekovat hranice vodních ploch zasažených sinicemi.

„Motivací k tomuto výzkumu je optimalizovat odběr pitné vody na rezervoárech, které jsou sinicemi zasaženy. Informace o přesné koncentraci sinic a dalšího znečištění získané z více míst přehrady současně umožňují přesně modelovat pohyb znečištění, plánovat odběr vody nebo dokonce i zásah vedoucí ke snížení znečištění.

Toto neplatí jen u zdrojů pitné vody, ale i třeba zde na rekreačně hojně využívaném Orlíku, kde je nutné veřejnost o stavu vody pravidelně informovat a kde sinice představují závažný problém,“ vysvětlil doc. Saska.

Při konkrétní misi je robotická loď vybavena autonomně letícím dronem, který dokáže zcela sám z lodi odstartovat, povrch hladiny rychle analyzovat a potom se zcela sám na loď vrátit a bezpečně přistát.

Loď ho sama může vyslat do míst, která potřebuje naskenovat, a na základě v reálném čase zpracovaného měření si naplánuje vlastní trasu do míst, kde je třeba, odebere vzorky, které přinesou přesnější informaci o stavu vody.

„A po cestě může navíc sbírat odpadky anebo dokonce zachránit tonoucího,“ s jen mírnou nadsázkou dodal vědec.

Při testování vědeckých výstupů FEL ČVUT na Orlické přehradě tým výzkumníků využíval jak vlastní menší výzkumné modely létajících robotů a autonomního katamaránu, tak i výsledné produkty komerčních partnerů.

Během projektu spolupracující firmy Eurosecur Fly4Future vyvinuly a vyrobily autonomní loď reálných rozměrů pro provádění těchto misí na vodních plochách v ČR a speciální voděodolný dron, který umí kromě přistávání na lodi přistát i na vodě.

S ČZU pak tým FEL ČVUT a obě firmy spolupracovaly na sběru a zpracování dat pořizovaných multispektrální kamerou.

Skupina FEL ČVUT v těchto dnech také testuje pohyb velmi rychle letících rojů naprogramovaných pro operace v prostředí s překážkami bez GPS signálu a komunikace. Tým rychle letících spolupracujících robotů dokáže využívat palubních senzorů a umělé inteligence pro pohyb těsně nad terénem, ale dokáže i proletět lesem nebo dokonce zaletět do budovy nebo jeskyně.

Roje dronů FEL ČVUT se snadno vypořádají s výpadkem GPS signálu nebo komunikace s pilotem. Pilota ani GPS ke svému letu vůbec nepotřebují, v čemž jsou unikátní nejen v rámci Česka.