DARPA Subterranean challenge

Cilj najnovijeg projekta američke agencije koja promoviše razvoj novih tehnologija je razvoj robotizovanih sistema za širok spektar zadataka ispod zemljine površine

Jedan od najznačajnijih poteza vlade SAD u dvadesetom veku bio je osnivanje Agencije za razvoj naprednih odbrambenih projekata – DARPA (Defense Advanced Projects Research Agency). Osnovana čak pre nego NASA, DARPA je bila direktni odgovor predsednika Ajzenhauera na sovjetsko lansiranje satelita Sputnjik 1957. godine, i tokom više od šest decenija postojanja promenila je ne samo tehnologiju na koju se oslanjaju oružane snage SAD, već i svakodnevni život stanovnika cele planete. Brojne tehnologije na koje se oslanjamo svakog dana, od mikročipova do mobilnih telefona, na neki način su unapređene kroz projekte iza kojih stoji DARPA, dok je i sam internet nastao na temeljima izgrađenim pod pokroviteljstvom ove agencije (ARPANET).

Interesantno je da se sama istraživanja ne obavljaju unutar DARPA, već ova agencija pospešuje naučni rad organizovanjem konkursa sa ciljem rešavanja specifičnih problema. U okviru tih takmičenja DARPA pomaže nezavisnim naučnim timovima i kompanijama, a one najbolje, sem novčane nagrade, očekuju unosni ugovori. Ipak, najveći značaj ove agencije je u tome da čak i oni timovi koji ne osvoje nagrade učestvuju u pomeranju naučnih granica i njihove tehnologije mogu za nekoliko godina, ili čak decenija, da budu odskočna daska za neke nove ideje, uređaje ili primene.

Jedan od najnovijih projekata iza kojih stoji DARPA nosi naziv Subterranean Callenge (ili kraće SubT) i njegova meta je – podzemlje. Ne, ne radi se o realnoj verziji Robocopa koja će da juri kriminalce, već o robotizovanim sistemima čija namena je istraživanje različitih podzemnih kompleksa. DARPA SubT je po konceptu sličan DARPA Robotics Challengeu od pre četiri godine – postavljeni su specifični zahtevi koji moraju biti rešeni robotizovanim sistemima i njihovom softverskom podrškom. Tokom takmičarske faze, DARPA će timovima koji učestvuju u izazovu proslediti preko četiri miliona dolara u sredstvima za usavršavanje tehnologija, dok ekipe čija rešenja dođu do finala čekaju dodatne nagrade u iznosima do dva miliona. Takmičenje je počelo prošlog septembra i trajaće sve do avgusta 2021. godine. Tokom tog perioda održaće se serija takmičenja sa sve kompleksnijim izazovima, kada će učesnici pokazati mogućnosti njihovih sistema za istraživanje podzemnih okruženja.

Pod zemljom

Koje su to zapravo mogućnosti koje se traže od ovih podzemnih robota i da li je čovečanstvu uopšte potrebna ova specijalizovana vrsta uređaja? Odgovor, tradicionalno, treba potražiti u ljudskim delatnostima sa visokim stepenom rizika od povrede koje se dodatno komplikuju ako se sve odvija u nepoznatom podzemnom okruženju. Zbog toga je primarni cilj projekta SubT stvaranje sistema kog može da opslužuje mali broj ljudskih operatora i čiji robotizovani elementi su u stanju da brzo istraže neposrednu okolinu i sakupljene informacije predstave u vidu detaljne mape sa lokacijama, objektima ili osobama od interesovanja.

Pošto je DARPA deo američkog Ministarstva odbrane niko ne taji da je osnovni razlog za njihovu podršku naučnim timovima eventualno stvaranje tehnološke prednosti za oružane snage SAD. Tako je i u ovom slučaju. Pripadnici američke vojske već koriste male leteće dronove za lokalno osmatranje kada su iznad površine zemlje, pa je logično da ih koriste i ispod zemlje. Sistem za podzemno istraživanje bi, tako, mogao da se aktivira na ulazu u neistraženu pećinu ili kompleks podzemnih bunkera gde se možda krije protivnik, obavi brzo mapiranje i vrati te podatke jedinici pre nego što bilo koji vojnik stupi pod zemlju.

Ipak, dok je vojna primena očigledan razlog za pokretanje izazova SubT, civilna primena je možda još značajnija. U velikim urbanim sredinama se najveći deo infrastrukture nalazi ispod zemlje. Naravno, najčešće su u pitanju jasno mapirani tuneli ili postrojenja, ali postojeće mape nisu od koristi u takozvanim „situacijama sa dinamičnom okolinom”, što podrazumeva urušavanja prilikom zemljotresa, požara, havarija u raznim opasnim postrojenjima, pa čak i terorističkim napadima. Upoznavanje sa aktuelnom situacijom na terenu je od neprocenjivog značaja za spasilačke timove kada se zidovi ruše i prethodno prohodne prolaze blokiraju otpad, vatra, opasna izlivena hemikalija ili gas. Sem toga, u ovakvim situacijama urušavanje građevina otežava potragu za povređenima jer spasioci ne znaju u kom pravcu treba da kopaju. Srećom, često postoje otvori kroz koje čovek ne može da se provuče, ali mali dron može. Tako robot koji je u stanju da prepozna gde se unutar ruševine nalaze povređene osobe može da znači razliku između života i smrti jer se ubrzava vreme pronalaženja unesrećenih i pružanje medicinske pomoći. Sem toga, duboko pod zemljom u kriznim situacijama može da dođe do ispada u komunikaciji, ređe između članova samog tima koji je pod zemljom i češće između tima i komandnog centra koji je na površini. Serija dronova koji su u stanju da rade u opasnim uslovima mogla bi da se koristi kao relej i obezbedi neprekidnu i preko potrebnu radio-vezu.

Propozicije

Navedene situacije pretočene su u ciljeve projekta DARPA SubT: autonomija, percepcija, pokretljivost i umrežavanje. Autonomija podrazumeva robote koji su u stanju da u određenoj meri funkcionišu samostalno, bez ljudske kontrole. Percepcija znači da u okviru sistema mora da postoji softver koji u nekoj meri „prepoznaje” elemente koje snima, pogotovo povređene osobe. Pokretljivost se odnosi na dve stavke – prvo, da roboti mogu da prolaze kroz otvore koji za ljude predstavljaju prepreku; i drugo, da su u stanju da se kreću i funkcionišu u opasnom okruženju, bez rizika od oštećenja. Na kraju, umrežavanje podrazumeva sisteme koji sadrže više robota i dronova koji zajedno ostvaruju konačni cilj mapiranja okoline i pronalaženja unesrećenih, kao i da su u stanju da obezbede bežičnu komunikaciju unutar podzemnih sistema gde zidovi i tlo ometaju radio-talase.

SubT će uzimati u obzir dve kategorije učesnika. U sistemskoj kategoriji biće timovi koji prave kompletne hardverske sisteme za podzemno istraživanje. U virtuelnoj kategoriji naglasak je na softveru čija uspešnost će se testirati pomoću digitalnih simulacija. Testiranje učesnika u obe kategorije održaće se u nekoliko etapa. Prva tri testa simuliraće tri glavne podvrste podzemnih okruženja: sisteme tunela koje su ljudi iskopali (kao što su rudnici), urbano podzemlje na više spratova (stanice metroa ili podzemni tržni centri) i prirodne pećine formirane različitim geološkim procesima. Prvi na programu je test u tunelima koji će se odigrati ovog avgusta, sledi urbani test sledećeg februara, da bi se krajem leta 2020. godine održali i test u pećinama, i veliko finale koje podrazumeva testiranje u okruženju koje kombinuje elemente sve tri pomenute podvrste. Najbolji u sistemskoj kategoriji biće nagrađeni sa do dva miliona dolara (iznos zavisi od uspešnosti tokom testiranja), dok je u virtuelnoj kategoriji maksimalna nagrada jedan i po milion dolara.

Učesnici

Dok su početni projekti DARPA bili ograničeni na kompanije i organizacije iz SAD, danas su ova takmičenja internacionalni događaji koji privlače ekipe iz celog sveta, a nije retkost ni da jedan tim spaja nekoliko grupa naučnika sa različitih kontinenata.

Jedan od takvih timova je CERBERUS (ColaborativE walking & flying RoBots for autonomous ExploRation in Underground Settings) u kom se nalaze ljudi iz dve kompanije i sa tri univerziteta. Firme Sierra Nevada Corporation i Flyability odgovorne su za hardver i sredstva, dok su za inovativni deo jednačine zaduženi stručnjaci sa Univerziteta Nevade u Rinou, EZH iz Ciriha i sa Berklija u Kaliforniji. CERBERUS je sistem u čijem centru je četvoronožni robot ANYmal, koji može da ponese više letećih dronova, kao i predajnika za stvaranje komunikacione mreže. Senzorski paket ovog sistema sadrži kamere, lidar, radar, infracrvene skenere, i senzore za merenje inercije. CERBERUS može da radi i sa operatorima i potpuno autonomno, a njegov softverski paket sadrži rutine za otkrivanje ljudi i objekata.

Okosnicu ekipe CoSTAR (Collaborative SubTerranean Autonomous Resilient Robots) čine naučnici iz NASA Jet Propulsion Laboratory, koji sarađuju sa robotskim odeljenjima nekoliko univerziteta – CalTech (Burdick Group), KAIST (Unmanned Systems Research Group) i MIT (Laboratory for Information & Decision Systems). Roboti koje razvija ovaj tim predstavljaju prilagođene verzije dronova sa specijalnim sistemima za kretanje (gusenice i kotrljanje), razvijenim za istraživačke misije u svemiru.

Tim CRAS nosi naziv po Centru za robotiku i autonomne sisteme sa Tehničkog univerziteta u Pragu, iako se u ovoj ekipi nalaze i naučnici sa kanadskog Univerziteta Laval (Boreal Robotics Laboratory). Njihovo rešenje sa kojim će se takmičiti u okviru izazova SubT zasnovano je na jednom robotu (sa klasičnim i pomičnim gusenicama), čiji sistem za prepoznavanje objekata već radi i to u uslovima smanjene vidljivosti. Još jedan češki učesnik je Robotika.cz, tim koji će učestvovati u takmičenju sa modularnim roverima Robik i Eduro, koji koristi jedinstven sistem za detekciju ljudi i objekata. Glavna odlika ovih uređaja je pristupačna cena.

Iza skraćenice CRETISE (Collaborative Robot Exploration and Teaming In Subterranean Environments) stoji saradnja kompanija Endeavor Robotics i Neya Systems. Njihov projekat je trenutno u fazi idejnog rešenja u čijem centru je glavni rover sa dva para gusenica koji nosi manje rovere zadužene za održavanje komunikacije i leteći dron za paralelno mapiranje u slučaju nailaska na račvanje tunela. Sistem za otkrivanje koji koristi CRETISE ne obavlja samostalno analizu objekata, već pravi fotografije svega što odudara od okoline i šalje operateru.

Tim CSIRO Data61 nosi naziv specijalne grupe odeljenja za robotiku i autonomne sisteme u okviru australijske naučno-istraživačke nacionalne organizacije CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation). Data 61 obuhvata studente i profesore sa kvinslendškog Tehnološkog univerziteta (QTU) i Univerziteta Kvinslenda, kao i osoblje Mobile Robot Laba sa Univerziteta Georgia Tech iz Atlante. Njihov robot je klasični guseničar sa poluautonomnim režimom rada – operater mu zadaje tačke koje treba da obiđe, pri čemu neprestano javlja razlike u odnosu na prethodno zacrtanu mapu. Skeniranje se obavlja lidarom i HDR kamerom sa LED osvetljenjem, pri čemu se obavlja kvalifikacija svih objekata iz okoline, kao i prolaza koji mogu da predstavljaju problem za kretanje ljudi.

Zajednički projekat Univerziteta Carnegie Melon i Oregon State nosi jednostavan naziv Explorer. Njihov sistem obuhvata nekoliko različitih modela vazdušnih dronova i rovera, svaki sa specifičnom namenom i optimizacijom za uslove u drugim okolnostima. Svi ovi roboti su povezani sa centralnim sistemom za mapiranje i prepoznavanje objekata.

Ekipa MARBLE (Multi-agent Autonomy with Radar-Based Localization for Exploration) je nastala saradnjom kompanije Scientific System i Univerziteta Kolorada (laboratorije u Bolderu i Denveru). Njihov cilj je usavršavanje autonomije letećih dronova i malih istraživačkih vozila, pogotovo za korišćenje prilikom spasilačkih akcija u rudnicima. Rudnici su takođe primarna meta tima PLUTO (Pennsylvania Laboratory for Underground Tunnel Operations) koji je nastao saradnjom Robotske laboratorije Univerziteta Pensilvanije i kompanija Exyn Technologies (leteći dronovi) i Ghost Robotics (četvoronožni roboti).

• • •

Kada vidimo kako neko upravlja letećim dronom opremljenim 4K kamerom, lako je pomisliti da nije problem iskoristi takav dron kao podzemnog izviđača. Ipak, DARPA je pred timove koji su se prijavili za izazov SubT postavila brojne probleme koji možda neće moći da se reše za samo dve godine. Ipak, nema sumnje da će SubT poslužiti kao odlična motivacija za unapređivanje tehnologija koje će olakšati opasne poslove, pa čak i spasavati živote.

Dragan KOSOVAC