Robotika a umělá inteligence hrají ve výrobě čím dál důležitější úlohu. Jaké jsou trendy v zavádění robotů a kam se ubírá aplikovaný výzkum, v rozhovoru popisuje profesor Vladimír Mostýn z katedry robotiky Fakulty strojní Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava.

Co konkrétně se na katedře robotiky naučí studenti, kteří si vyberou tento obor?

Naši absolventi umí nasazovat a programovat roboty, zvládnou konstruovat jejich pomocná periferní zařízení, jako jsou různé podavače, dopravníky či chapadla, dokážou je osadit senzory, doplnit k systému elektronická zařízení. Ve výrobních firmách je po nich velká poptávka.

Takže o obor je mezi budoucími studenty velký zájem?

Zájem je bohužel nevelký, protože jde o náročný obor s průnikem strojařiny, elektroniky, senzoriky a programování. Mnozí studenti se toho bojí. Ovšem ti, kteří ho nakonec absolvují, říkají, že neoprávněně. Naši absolventi jsou špičkoví, velmi dobře placení odborníci. Takže při jejich náboru vždy pravdivě vysvětluji, že doba studia bude těžká, ovšem kdo ji zvládne, má o velmi dobrou budoucnost postaráno. A ptám se, zda jim to tedy stojí za to.

V jak velké míře se katedra robotiky zapojuje do aplikovaného výzkumu?

O naši účast v projektech je vzhledem k náročnosti oboru poměrně velký zájem, na druhou stranu my máme zájem účastnit se těchto projektů, protože nás posouvají dál a ve velké míře nás také živí. Vzhledem k malému množství studentů tvoří příjem z projektů 80 procent a z výuky 20 procent. To není obvyklý poměr, je výsadou takto exponovaných oborů.

Ve výzkumných projektech konstruujete nové roboty?

Roboty už dnes výzkumná pracoviště nekonstruují. Roboty se sice stále zrychlují a zpřesňují, tím se ale výzkumníci nezabývají, dělají to vesměs vývojové týmy v renomovaných firmách, protože základ se již příliš nemění. Ve výzkumu a vývoji v oblasti robotiky jde především o vývoj periferií robotů, například různých chapadel pro uchopování měkkých nebo křehkých předmětů, dále různých polohovacích a dopravních systémů a také specializovaných senzorických a měřicích systémů, například pro měření ploch světlometů na výrobní lince. Komplexní robotické systémy pak nasazují do provozu takzvaní integrátoři. Tyto projekční a konstrukční společnosti robotické zařízení třeba během měsíce vymyslí, vyrobí, naprogramují, dodají na linku a linku oživí. Integrátoři z nedostatku času raději uplatňují ověřené postupy, a na výzkumné týmy zůstávají ty špeky.

Měl byste příklad takového špeku?

Standardním výrobcům se zatím příliš nechce řešit sbírání známých předmětů, které jsou náhodně uloženy. Robot ve své podstatě umí jen sáhnout do určitého místa pro přesně umístěný předmět a ten uložit na konkrétní místo. Polohy předmětů ve výchozím i konečném místě tedy musí být známé a přesné. Kvůli nedostatku pracovníků se výrobci snaží nahradit na vstupu výrobních linek operátory, kteří ručně vybírají jednotlivé komponenty z beden a zakládají je do přesně vymezených poloh na výrobní lince. Podle zadání Moravskoslezského automobilového klastru jsme pro výrobní firmu v regionu řešili případ, kdy zákazník dostával malé černé plastové krabičky, volně ložené v tmavých přepravkách. Vypořádat jsme se museli s velmi malým taktem výrobní linky, tedy krátkým časem na nalezení objektu, jeho uchopení, přemístění a vložení do paletky na výrobní lince s vysokou přesností. Řešení jsme hledali asi půl roku, vyzkoušeli několik kamerových systémů, ale nakonec jsme si s tím ve spolupráci s Moravskoslezským automobilovým klastrem a pracovníky jejich laboratoře kolaborativních robotů poradili. Našli jsme správný 3D kamerový systém, který zvládá najít objekt a vyhodnotit jeho souřadnice v řádu sekund. Robot pak pro krabičku sáhne přísavkou, vytáhne ji a uloží přesně na linku. Tyto bin‑picking systémy patří k novým trendům vývoje v robotice, podobně jako kolaborativní roboty.

Jak si můžeme představit kolaborativního robota?

Především nikdy neříkejte robota! Měli jsme na katedře profesora, který studenta při užití životného tvaru u robotického zařízení velmi přísně napomínal. Jsou to stále jen stroje, takže představovat si můžeme kolaborativní robot, pro který se vžilo označení kobot. Běžné průmyslové roboty musí mít kvůli bezpečnosti na lince vyčleněný vlastní, ohraničený prostor, kam člověk v době chodu zařízení nesmí vstoupit. Kobot už má senzory, které identifikují silový dotyk s člověkem nebo překážkou a zastaví ho. Může tedy bezpečně pracovat vedle člověka. Zejména v automobilovém průmyslu, kde je na linkách málo místa, je o ně velký zájem. Jejich nevýhodou ovšem je relativně nízká rychlost kvůli bezpečnosti.

Tak to vypadá, že nakonec nebudou lidé ve výrobě vůbec zapotřebí. Narazili jste při aplikovaném výzkumu na nějaké úkony, kde robot člověka nenahradí?

Ve společnosti Brano vybírali pracoviště pro nasazení kolaborativního robotu. Mezi jinými se nabízelo stanoviště, kde operátorka vkládala pružinky do odstředivé spojky motorku. Kamera by sice samostatně umístěné pružinky dokázala najít a robot uchopit, jenže pružinky byly volně nasypané do boxu, kde bývají zapletené do sebe. A zatímco člověk je jednoduchým pohybem rozdělí, robot to neumí. Navíc pružinka se při nasazení musela zmáčknout a umístit přesným pohybem do spojky, jenže manipulace s pružnými objekty je také značně problematická. Vytipovali jsme proto jiné stanoviště na lince. Zkonstruovali jsme zařízení včetně pneumatických podavačů, které nahradilo člověka, jenž vkládal složené spojky do motorků. Museli jsme si poradit hlavně s rychlým taktem linky.

Co vede výrobní firmy k tomu, aby hledaly cesty, jak nahradit práci lidí roboty?

Těch důvodů je řada. Roboty jsou přesnější, rychlejší, nedělají chyby, opakované úkony provádí kvalitněji. Technologie se stále rozvíjí, robotů se vyrábí čím dál více, a jejich cena proto klesá, zatímco cena lidské práce roste. V celém průmyslu je vážný nedostatek pracovních sil, lidé ve výrobě zoufale chybí. Navíc nejde jen o náhradu lidí roboty, ale o komplexní automatizaci, kde jsou roboty jen jedním z nástrojů výroby. Při automatizaci výroby, ale i v jiných oblastech lidské činnosti se stále víc uplatňuje umělá inteligence. Obrovský pokrok udělaly také diagnostické a monitorovací systémy; u obráběcích strojů můžete dnes měřit všechny možné veličiny, jako proudy, napětí, síly, polohy, a dostanete ohromné množství dat, jež opět analyzuje a interpretuje umělá inteligence. Automatizace a robotizace i s využitím technologií umělé inteligence proto budou nepochybně dále rychle postupovat.

Zapojujete do projektů aplikovaného výzkumu také studenty?

Stále balancujeme mezi tím, že firmy potřebují výsledky rychle, ale my kromě výzkumu a vývoje musíme také učit, vést práce studentů a zabývat se organizačními záležitostmi spojenými se vzděláváním. Studenty zapojujeme do výzkumné a vývojové činnosti, ty z magisterského studia do jednodušších úkolů, doktorandy do těch složitějších, které často souvisí s tématem jejich disertační práce. Práce na výzkumných projektech je většinou placená, což nám umožňuje udržet doktorandy na univerzitě i přes lukrativní nabídky okolního průmyslu. Studenti pracují pod vedením zkušenějších akademických pracovníků a musím říct, že se nejen oni posouvají v odborných znalostech. Je to vzájemné, studenti nás často příjemně překvapí svými znalostmi a obohatí třeba netradičním způsobem řešení daného problému.

Kdo bývá nejčastějším zadavatelem takových projektů?

Bývají to grantové agentury a jednotlivá ministerstva, nositelem projektů spíše výzkumného charakteru bývá Technologická agentura ČR, popřípadě ministerstvo školství. V oblasti aplikovaného výzkumu je častým poskytovatelem projektů ministerstvo průmyslu a obchodu, které firmy motivuje ke spolupráci s univerzitami i systémem bonifikace projektů. Podílíme se také na dlouhodobém projektu financovaném z Integrované teritoriální investice Ostravsko, aktuálně se zaměřujeme na výzkum dalšího zdokonalování pracovišť s koboty. Nejprve jsme oslovili výrobní firmy, které jsou partnery projektu, aby definovaly problémy, jež by potřebovaly řešit. Zjednodušovala nám to skutečnost, že téměř všude pracují naši absolventi. Řešíme praktická témata jako rychlé nalezení technické dokumentace k výrobku jeho prostým naskenováním nebo kamerový systém pro automatické vyhýbání kobotu překážce. Kobot sice při nárazu bezpečně zastaví, ale následně je potřeba potvrdit pokračování činnosti, a to zdržuje výrobu. Lepší proto je, když se kobot překážce sám vyhne.

Dále řešíme rozhraní mezi člověkem a strojem pro informování pracovníka, ze kterého směru se blíží rameno kobotu, nebo technické prostředky pro zpřesnění polohy objektu v chapadle robotu. Na projektu spolupracují s průmyslovými partnery fakulta elektrotechniky a informatiky a naše fakulta strojní.

Jak se výsledky projektů hrazených z veřejných zdrojů dostanou k odborné veřejnosti?

Většina výsledků vývoje se následně publikuje v odborných časopisech, přitom každý autor se pochopitelně snaží umístit svůj text do periodika s nejvyšším impact faktorem (scientometrický ukazatel průměrného počtu citací vědeckého časopisu – uznávané měřítko kvality, pozn. red.). Články jsou poté k dispozici i v internetových databázích. Ovšem pokud firmy vkládají do aplikačního vývoje vlastní prostředky, snaží se výsledky pochopitelně využít prioritně pro sebe.

Strojírenství

Stáhněte si přílohu v PDF

Změnily dva roky s covidem aplikovaný ­výzkum?

Na jedné straně máme vážné problémy s výrobou prototypů, protože na trhu nejsou dostupná potřebná zařízení a komponenty. Na druhou stranu na nás firmy mají více požadavků, protože epidemie nemoci ještě více upozornila na vážný nedostatek pracovníků, kteří když onemocní, další den prostě u linky chybí.

Funguje při aplikovaném výzkumu také multioborová spolupráce?

Na každém projektu pracují odborníci z více oborů, případně i z dalších kateder, ať už je to katedra automatizační techniky a řízení, katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení, na kterou se obracíme, když potřebujeme řešit problém s tekutinovými mechanismy, nebo katedra aplikované mechaniky, kterou oslovujeme zejména při různých výpočtech z oblasti strukturálních analýz a řešení únosnosti zařízení. Poměrně často také spolupracujeme s katedrou kybernetiky a biomedicínského inženýrství na fakultě elektrotechniky a informatiky.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Strojírenství.