Zawsze bądź na bieżąco

CHIRON: Robot budowlany gotowy na księżycową misję

O tym, jak najnowocześniejsza robotyka otwiera przed człowiekiem nowe możliwości.

Robotów używa się dzisiaj już w wielu dziedzinach, klasycznym przykładem jest branża motoryzacyjna. W budownictwie do tej pory jeszcze nie spotykało. A przecież to właśnie ta branża mogłaby zyskać na zrobotyzowanych robotnikach, zmniejszając ryzyko wypadków na budowach. Według niemieckiej kasy ubezpieczenia wypadkowego dla branży budowlanej Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft w roku 2018 w samych Niemczech doszło do 88 zdarzeń ze skutkiem śmiertelnym. Takim zagrożeniom chce zapobiegać zespół studentów z Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH) oraz Uniwersytetu Nauk Stosowanych Winterthur w Zurychu (ZHAW), który jest pomysłodawcą autonomicznego robota budowlanego o nazwie CHIRON. Jego nazwa nie wzięła się znikąd: Chiron to postać z mitologii greckiej – istota o mieszanej budowie: pół człowiek i pół koń. Współczesny CHIRON o dwuczęściowej budowie składa się z hydraulicznego ramienia robota o sześciu stopniach swobody osadzonego na mobilnej konstrukcji wykonanej z elementów systemu modułowego MB item. Dzięki innowacyjnym rozwiązaniom technicznym CHIRON wzbudził duże zainteresowanie pod kątem przyszłych misji kosmicznych.

Prezentacja projektu na ETH w Zurychu wzbudziła wielkie zainteresowanie.

Zgrany zespół to przekraczanie własnych granic

13-osobowy zespół CHIRONA to osiem studentów na kierunku budowa maszyn, dwóch przyszłych inżynierów elektrotechniki oraz trzech studentów techniki systemowej. Dla studentów ZHAW praca przy CHIRONIE to projekt realizowany w ramach studiów licencjackich, natomiast dla studentów ETH jest tzw. projektem fokusowym. Tego rodzaju projekty realizowane są na ostatnim roku studiów licencjackich, a ich celem jest zastosowanie wiedzy teoretycznej przyswojonej w trakcie nauki na uniwersytecie. Ostatecznie oni również pisali swoją pracę dyplomową o robocie budowlanym. Na początku był chaos: „Pierwsze tygodnie były prawdziwym wyzwaniem. Pracowaliśmy nad czymś zupełnie nowym, tego nikt nie mógł nas tak po prostu nauczyć”, opowiada Peter Zhang. Zhang studiuje budowę maszyn i należał do tej części zespołu, która zajmowała się projektowaniem ramienia robota. To ramię, którego masa własna liczy raptem 74 kg, potrafi podnieść w sposób dynamiczny i przesunąć do przodu ładunek o wadze 30 kg. Podobne ramiona ważą zwykle cztery lub pięć razy więcej.

ETH bardzo często pracuje na profilach item. Wszelkie rozwiązania można w łatwy sposób uzupełnić. To jest bardzo duża zaleta.”

Do ramienia można przymocować szereg narzędzi i dostosować odpowiednio oprogramowanie. Dwaj członkowie zespołu zaprojektowali narzędzie natryskowe do nakładania gipsu oraz pompę i specjalną aplikację. Dzięki temu robot może – jadąc wzdłuż ściany – nakładać na nią gips. Z braku czasu zrezygnowano aktualnie z wykonania już wcześniej zaplanowanego napędu. Teraz mowa o modułowym rozwiązaniu na czterech kołach. „ETH bardzo często pracuje na profilach item. Dlatego dość szybko pomyśleliśmy o item. W ten sposób możemy szybko i elastycznie reagować. Dało się to zauważyć już w trakcie projektu: Wszelkie rozwiązania można w łatwy sposób uzupełnić. To jest bardzo duża zaleta“, podkreśla Peter. Na początku zastosowaliśmy ściankę ochronną item. Po pierwsze, ścianka osłania zamocowane na robocie narzędzia, np. piłę motorową, a po drugie zapobiega w przypadku awarii hydrauliki ramienia robota wydostaniu się czegoś na zewnątrz.

Roboty budowlane nawet na księżycu mają ważną misję do wykonania

Użycie robota na budowach to zdecydowanie nie wszystko. Na jednym z eventów, o bardzo spektakularnym charakterze, zespołowi udało się pokazać, na co CHIRON może liczyć w przyszłości: Od 17 czerwca do 03 lipca 2019 w Pałacu Lodowym w obserwatorium Matterhorn glacier paradise w Zermatt odbywał się event w ramach programu IGLUNA. Dzięki zaproszeniu Szwajcarskiego Centrum Kosmicznego oraz Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) przyjechało na to wydarzenie 20 zespołów studenckich z dziewięciu europejskich krajów. Wszystkie zespoły przyjechały z innowacyjnymi wynalazkami, aby się przekonać, w jaki sposób można umożliwić ludziom życie na księżycu. To, co jeszcze kilka lat temu przypominało opowieści science fiction, dzisiaj, w dobie coraz bardziej widocznego zanieczyszczenia środowiska wydaje się mniej odległe.

Celem naszego projektu było pokazanie, że wysłanie robota w kosmos, aby zbudował konstrukcję zapewniającą bezpieczne schronienie, jest możliwe.

Na wysokości 3883 m, 15m pod powierzchnią lodowca, panują ekstremalne warunki, przypominające przestrzeń pod powierzchnią księżyca. Zawsze panuje tutaj stała temperatura -4 stopni Celsjusza. Aby z tak niekorzystnych warunków, wyciągnąć same korzyści, potrzeba naprawdę fantazji i pomysłowości. Spektrum przedstawionych propozycji było bardzo szerokie: od architektonicznych projektów na księżycowe domostwa, poprzez pomysły na wydajną produkcję żywności, po sztuczną inteligencję, która dopasowuje się do preferencji astronautów. CHIRON, wyposażony specjalnie w piłę łańcuchową, zaprezentował wszystkie swoje zalety w pełnej krasie. „Celem naszego projektu było pokazanie, że wysłanie robota w kosmos, aby zbudował konstrukcję zapewniającą bezpieczne schronienie, jest możliwe.” Zadanie CHIRONA polegało na tym, aby z lodu wycinał piłą bloki i budował z nich mur”, opowiada Peter.

CHIRON może wiele zdziałać

CHIRON aktualnie nie jest jeszcze autonomicznym robotem. Sterowane jest ręcznie poprzez komputerowy interfejs z dwie dostępnymi opcjami. Jedna z nich pozwala na sterowanie poszczególnymi przegubami, które poruszają ramieniem robota. A druga podaje tor, po którym ma się poruszać robot. W tej sytuacji samodzielnie oblicza, w jaki sposób mają się poruszać jego przeguby. Przykładem może być wspomniane już nakładanie gipsu na ścianę. W planie jest rozwój CHIRON i przekształcenie go w autonomicznego robota budowlanego. Teraz trwają akurat prace nad oprogramowaniem, które pozwoli mu bez ludzkiej interwencji rozpoznawać kamienie, chwytać je i układać z nich konstrukcje. CHIRON to dla studentów strzał w dziesiątkę, jeżeli chodzi o ich plany zawodowe: „Wiele rzeczy, których nauczyliśmy się na studiach, mogliśmy tutaj zastosować. A doświadczenie jest w cenie”, dodaje Peter.

To, co brzmi jak opowieść science fiction, dzięki CHIRONOWI już dawno stało się rzeczywistością.