Έλληνας μηχανικός πρωτοπορεί στην ανάπτυξη «πολυμήχανων» αυτόνομων ρομπότ που πλοηγούνται χωρίς GPS

13:12 17/12/2024 - Πηγή: Dikaiologitika

Εξπέρ σε σθεναρά και πολυμήχανα αυτόνομα ρομπότ που πλοηγούνται χωρίς GPS σε πολύπλοκα περιβάλλοντα με δυσχερή ορατότητα, θεωρείται ο καθηγητής Κώστας Αλέξης στο Πολυτεχνείο Νορβηγίας

Το ιπτάμενο ρομπότ που μου δείχνει σε ένα βίντεο ο καθηγητής στο τμήμα Κυβερνητική Μηχανικής (Engineering Cybernetics) του Νορβηγικού Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας Κώστας Αλέξης, είναι μόλις 25 εκατοστά έχει βάρος 260 γραμμάρια και ονομάζεται «Morphy» (βλ.βίντεο).

Η ονομασία που του δόθηκε δεν είναι τυχαία, καθώς αντικατοπτρίζει την ικανότητά του να αλλάζει μορφή. Το ρομπότ έχει ελαστικές αρθρώσεις και μπορεί να αλλάζει παθητικά το σχήμα του όταν συμπιέζεται για να περάσει με μεγάλη ταχύτητα μέσα από ανοίγματα μικρότερα από το μέγεθός του, τόσο σε οριζόντια όσο και σε κατακόρυφη κατεύθυνση. Επίσης αντέχει σε πολλαπλές συγκρούσεις με ταχύτητες πάνω από 7.5 m/s. Το σημαντικότερο όμως όλων είναι ότι λειτουργεί αυτόνομα, χωρίς την παρέμβαση του ανθρώπου!

«Για την ακρίβεια, η εργασία αυτή επεξεργάζεται το πως το ελαστικό σώμα ενός εναέριου ρομπότ επιτρέπει νέες και πιο προηγμένες μορφές αυτονομίας», σχολιάζει ο Έλληνας μηχανικός, ο οποίος συμπληρώνει πως το Morphy αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου με τίτλο «SPEAR: Spatial Perception & Embodied Autonomy Research», που στοχεύει να φέρει ‘επανάσταση’ στην ιπτάμενη ρομποτική, προσαρμοσμένη στις εκάστοτε αποστολές και περιβάλλοντα μέσω μιας ενιαίας άποψης σχεδιασμού του «σώματος» και του «εγκεφάλου» των ρομπότ.

Στη σθεναρή και πολυμήχανη ρομποτική αυτονομία σε πολύπλοκα περιβάλλοντα που παρουσιάζουν δυσχερή ορατότητα και που δεν επιτρέπουν την χρήση GPS ή άλλων εξωτερικών μεθόδων εντοπισμού, επικεντρώνεται ερευνητικά η ομάδα του Δρα Αλέξη. Πιο απλά, στην ανθεκτικότητα και αυτονομία ρομποτικών συστημάτων σε άγνωστα περιβάλλοντα, μια δυνατότητα την οποία όπως λέει ο ίδιος κατ’ επιλογή μαζί με την ομάδα του «τραβούν στα άκρα», τονίζοντας ότι εστιάζουν σε ρομπότ που δεν χρειάζονται καμία επικοινωνία με τον άνθρωπο.

Ως παράδειγμα, μου δείχνει σε άλλο βίντεο ένα εναέριο ρομπότ με σύστημα μηχανικής όρασης, που περιλαμβάνει κάμερες, ραντάρ, υπέρυθρους αισθητήρες και LIDAR (ένα περιστρεφόμενο λέιζερ που σκανάρει τον χώρο μετρώντας αποστάσεις), και που δεν τυφλώνεται από σύννεφα καπνού όπως άλλα ρομπότ. Μέσω της σύνθεσης των δεδομένων από συμπληρωματικούς αισθητήρες, το ρομπότ μπορεί να διαπεράσει τον χώρο, να εκτιμήσει τη θέση του και να χαρτογραφήσει κάθε περιβάλλον όσο πολύπλοκο και αν είναι.

{https://www.youtube.com/watch?v=C6l7Vklbc9k}

«Αν ένα περιβάλλον έχει τα χαρακτηριστικά και τις συνθήκες που καθιστούν την εντός του πλοήγηση τουλάχιστον άβολη για έναν άνθρωπο, τότε αποτελεί στόχο, στο πλαίσιο του οράματος ανθεκτικής σθεναρής αυτονομίας που έχει το εργαστήριό μας», λέει ο καθηγητής.

Πώς μπορούμε να κάνουμε τα ρομπότ ανθεκτικά;

«Με τον όρο ανθεκτικότητα δεν αναφερόμαστε μόνο στην αποδοτική λειτουργία σε κανονικές συνθήκες ή σε μικρές διαταραχές αλλά και στην ικανότητα του ρομπότ, εάν συμβεί κάτι κατά την πλοήγησή του σε ένα περιβάλλον, να επινοήσει, ως ‘πολυμήχανο’ που είναι, έναν άλλο τρόπο για να επιτύχει την αποστολή του. Για παράδειγμα να πάει πιο αργά ή να συλλέξει νέα δεδομένα για να προσδιορίσει την κατάσταση του με μεγαλύτερη βεβαιότητα ή να εγκαταλείψει εντελώς την αποστολή, εάν δεν υπάρχει άλλος δρόμος για την ολοκλήρωσή της, δίνοντας προτεραιότητα στη δική του ασφάλεια και στην ασφάλεια του περιβάλλοντός του», προσθέτει ο Έλληνας επιστήμονας, ο οποίος όταν μιλάει για ανθεκτικότητα και για αυτονομία επιδιώκει αυτό που πραγματικά είναι προφανές στη φύση.

«Αν ένας άνθρωπος βρεθεί σε ένα άγνωστο περιβάλλον θα προσαρμοστεί για να κινηθεί και να λειτουργήσει μέσα σε αυτό. Με αυτό το σκεπτικό λειτουργούν και τα ρομπότ που κατασκευάζουμε. Θέλουμε να ‘σκέφτονται’ και να έχουν σθεναρή απόδοση, παρά τη διαφορετικότητα των περιβαλλόντων όπου βρίσκονται», σχολιάζει ο ίδιος.

Στην ίδια κατεύθυνση, άλλα αποτελέσματα του εργαστηρίου σχετίζονται όχι μόνο με την κατανόηση των αντικειμένων μέσα σε έναν χώρο, αλλά και των σχέσεων μεταξύ τους, ώστε τα ρομποτικά συστήματα να εκτελούν τις αποστολές τους πιο αποδοτικά, όπως όταν για παράδειγμα, επιθεωρούν τα έρμα πλοίων και υπεράκτιων εγκαταστάσεων.

Ο καθηγητής Αλέξης μου εξηγεί, πως η ανθεκτικότητα ενός ρομπότ περνά τόσο μέσα από το «σώμα» του (ένα σύστημα θα πρέπει να μπορεί να ανταποκρίνεται σε πολλές προκλήσεις ή ακόμα και σε κάποια ζημιά, όπως οι άνθρωποι και τα ζώα) όσο και από τη «νοημοσύνη» του (να είναι αποτελεσματικό και να «εφευρίσκει» πολλούς τρόπους για να επιτύχει την ίδια αποστολή).

Αξίζει δε, να σημειωθεί πως το εργαστήριο του Έλληνα επιστήμονα είναι από τα ελάχιστα στην Ευρώπη που εργάζονται σε αυτόνομα ρομπότ που πλοηγούνται σε αντίξοους χώρους στο πλαίσιο μιας ολιστικής προσέγγισης του βρόγχου «action-perception»(διαρκούς αλληλεπίδρασης αντίληψης και δράσης).

«Επιδιώκουμε επινοητικότητα και λειτουργικό πλεονασμό στα ρομποτικά συστήματα, τόσο σε υλικό όσο και σε λογισμικό επίπεδο. Ως εκ τούτου, τα ελαστικά αυτόνομα συστήματα μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στην άνοδο των ‘πανταχού παρόντων’ ρομπότ», εξηγεί ο καθηγητής, συμπληρώνοντας πως η άποψη που θέλει την νοημοσύνη να αναπτύσσεται στα πλαίσια της «ενσαρκωμένης αλληλεπίδρασης» με το περιβάλλον – οπτική με ιδιαίτερες εφαρμογές στην ρομποτική – αποτελεί ευρύτερο φιλοσοφικό ρεύμα («Embodied Cognition»), όπως αναφέρεται στην εγκυκλοπαίδεια φιλοσοφίας του Στάνφορντ).

Αυτό ακριβώς αντιπροσωπεύει και το Morphy, μια νέα κατηγορία μαλακών ιπτάμενων ρομπότ με πρωτοφανή ανθεκτικότητα μέσω καινοτομιών, τόσο στο «σώμα» όσο και στον «εγκέφαλό» τους. Το νέο μαλακό σώμα μπορεί, με τη σειρά του, να ανοίξει νέους δρόμους για αυτονομία. Οι συγκρούσεις που προηγουμένως έπρεπε να αποφευχθούν, γίνονται πλέον αποδεκτοί κίνδυνοι, ενώ περιβάλλοντα που δεν μπορούσαν να διαπεραστούν από ένα συγκεκριμένο μέγεθος ρομπότ μπορούν τώρα να διαπεραστούν μέσω αυτοσυμπίεσης του συστήματος. Αυτές οι σωματικές αλληλεπιδράσεις του ρομπότ με το περιβάλλον μπορούν να δημιουργήσουν νέους τύπους ρομποτικής νοημοσύνης.

Χρειάζεται ακόμη πολλή έρευνα στο πεδίο της ρομποτικής

Ο Κρητικής καταγωγής μηχανικός Κώστας Αλέξης είναι απόφοιτος του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών, του Πανεπιστημίου Πατρών όπου ολοκλήρωσε και το διδακτορικό του. Πριν μετακινηθεί στη Νορβηγία εργάστηκε ως ερευνητής στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Ζυρίχης (ETH) και ως καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Νεβάδα.

Ο ίδιος θεωρεί ότι υπάρχει ακόμη πολλή έρευνα και τεχνολογία που πρέπει να αναπτυχθεί στον τομέα της ρομποτικής. Πιστεύει πως η ανάπτυξη ενός γενικού συστήματος αυτονομίας για πολλαπλές διαφορετικές κατηγορίες κινούμενων ρομπότ (πχ. Drone και άλλα αεροσκάφη ή υποβρύχια) ώστε αυτά να λειτουργούν αυτόνομα στον πολύπλοκο κόσμο μας και να χειρίζονται αντικείμενα με επιδεξιότητα θα είναι μια πραγματική «στιγμή ChatGPT» για τη ρομποτική. Σημειώνει δε, ότι ένα τέτοιο σύστημα δεν μπορεί παρά να είναι ταυτόχρονα «γενικό» ως προς τις βασικές αρχές του, «εξειδικευμένο» για την κάθε ξεχωριστή κατηγορία ρομπότ, και «προσαρμόσιμο» στο ειδικό περιβάλλον λειτουργίας κάθε συστήματος.

«Ο κλάδος μας είναι εκπληκτικά καλός στο να κάνει τα ρομποτικά συστήματα να λειτουργούν σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα για να διεκπεραιώνουν συγκεκριμένες εργασίες. Ωστόσο, εξακολουθούμε να μην μπορούμε να κάνουμε τα ρομπότ να λειτουργούν οπουδήποτε χωρίς περιορισμούς. Εμείς αυτό επιδιώκουμε, να καταφέρουμε να φτιάξουμε μια ενιαία μέθοδο ρομποτικής αυτονομίας που να λειτουργεί σθεναρά σε όλα τα περιβάλλοντα. Αυτός είναι ο τελικός μας στόχος», αναφέρει.

Στο εργαστήριο του καθηγητή απασχολούνται αυτή τη στιγμή περίπου 25 άτομα. Μέχρι τώρα η έρευνά του έχει αποσπάσει χρηματοδότηση που ξεπερνά τα 40 εκατομμύρια ευρώ, ενώ έχει αναγνωριστεί και από την Αμερικανική Γερουσία. Ενδεικτικά, περίπου 4.5 $ εκατομμύρια ήταν το χρηματικό έπαθλο της νίκης της διεθνούς ομάδας CERBERUS, όπου ηγήθηκε ο ίδιος, στην αναμέτρηση της «Υπόγειας Δοκιμασίας» (Subterranean Challenge), την οποία διοργάνωσε η υπηρεσία προηγμένης αμυντικής έρευνας του Πενταγώνου (DARPA), από το 2018 έως το 2021.

Στην DARPA, πιστώνεται η πρώιμη ανάπτυξη καινοτομιών όπως το Διαδίκτυο, οι μετεωρολογικοί δορυφόροι και το GPS. Η ομάδα του καθηγητή έλαβε την πρόσθετη χρηματοδότηση ως επιβράβευση για την επιτυχία της στον τελικό της 3ετούς αυτής πρόκλησης και με στόχο να αναπτύξει μηχανές που αναζητούν επιζώντες σε ερείπια, βόμβες στο μετρό, ή αγνοούμενους σε στοές ορυχείων και σπήλαια.

Η ομάδα του Δρα. Αλέξη ανέπτυξε 12 ρομπότ, έναν συνδυασμό τετράποδων και μικρών drones και μαζί με τους άλλους φιναλίστ διαγωνίστηκαν σε τρεις ετήσιες δοκιμασίες, στις οποίες κλήθηκαν να εξερευνήσουν σπηλιές, ορυχεία και προσομοιώσεις υποδομών όπως σήραγγες του μετρό και να βρουν αντικείμενα ενδιαφέροντος που είχαν τοποθετηθεί εκεί από τους διοργανωτές του DARPA SubT Challenge. Κατά τη διάρκεια των επιχειρήσεων, χρησιμοποιήθηκε καπνός για τη μείωση της ορατότητας. Η ομάδα CERBERUS κέρδισε εντοπίζοντας με ακρίβεια 23 αντικείμενα από τα 40 συνολικά.

Ο Δρ Αλέξης μπήκε στον διαγωνισμό με την ομάδα CERBERUS, το 2018 όταν ακόμα εργαζόταν ακόμη στο Πανεπιστήμιο της Νεβάδα στο Ρίνο. Η ομάδα αποτελείτο τότε από 40 άτομα που προέρχονταν από μεγάλα ερευνητικά ιδρύματα όπως το ETH Ζυρίχης και τα πανεπιστήμια της Οξφόρδης και του Μπέρκλεϊ. Ο ανταγωνισμός ήταν μεγάλος με υποψηφιότητες της NASA και του ΜΙΤ, του αυστραλιανού οργανισμού CSIRO και του Πανεπιστημίου Κάρνεγκι Μέλον, μεταξύ άλλων. Από το 2020 ο Έλληνας μηχανικός συνέχισε την έρευνα του πάνω στο ίδιο και σε άλλα πρότζεκτ στο NTNU της Νορβηγίας.

Τέλος, αξίζει να σημειωθεί πως ο καθηγητής Κώστας Αλέξης μαζί με ομάδα ερευνητών που εργάζονταν παράλληλα στο ETH της Ζυρίχης το 2015, διατηρούν ακόμη το παγκόσμιο ρεκόρ διάρκειας πτήσης για κάθε αεροσκάφος ελαφρύτερο των 50 κιλών. Αυτό προέκυψε μέσω παλαιότερης εργασίας σε ηλιακά μη επανδρωμένα αεροσκάφη, ενώ στο βιογραφικό του καθηγητή περιλαμβάνονται και πολλές διεθνείς διακρίσεις και βραβεία.

#ΕΛΛΗΝΑΣ #ΡΟΜΠΟΤ #GPS