"Zinātnes vārdā" vadītājs Ivars Austers: Kā RTU uzsāka simulācijas vides veidošanu?
Armands Šenfelds: Robots pēc būtības ir darba instruments, kas arvien vairāk aizstās cilvēku rūpnīcās. Mums institūtā ir vairāki industriālie roboti, kurus izmantojam pētot elektroenerģijas patēriņa optimizāciju. Ilgus gadus sadarbojoties ar Dīsburgas-Esenes Universitāti, noskatījām robotu-kustību simulatoru, kas tur darbojās jau 20 gadus atpakaļ. Apstākļu sakritības rezultātā RTU nolēmām izveidot unikālu infrastruktūru, kas apvienotu dažādas nozares.
Kā roboti kļūst par simulatoriem?
Andrejs Stupāns: Es jau gadiem strādāju pie šī milzīgā robota, bet tāpat, katru reizi to redzot, tas mani pārsteidz ar savu iespaidīgumu, izmēru, kustībām. Būtībā mums ir industriālais robots, kuram piestiprināti nevis darba instrumenti, piemēram, metināšanai vai paletēšanai, pārbīdīšanai, bet kabīne, tā saucamā gondola. Tā ir pilnībā aizklāta kabīne, kurā atrodas divi projektori, kas projicē attēlu uz gondolas iekšējās sienas. Gondolā iekāpj cilvēks, mēs aizveram vāku, novietojam gondolu starta pozīcijā, un robota kustības vada ar džoistiku, pedāļiem. Šādi var, piemēram, lidot ar "Cesna" lidmašīnu.
Kā var uztaisīt simulatoru?
Andrejs Stupāns: Vispirms jāatdala vizuālā daļa un kustības daļa. Protams, ir simulatori, kas nekustas. Arī tie var būt labi simulatori. Vizuālo daļu taisa kā spēli, tikai nopietnu un ļoti līdzīgu realitātei. Piemēram, sertificētiem aviosimulatoriem jābūt precīzi tādiem kā lidmašīnas kabīnē piedzīvotais, visam jāstrādā precīzi tāpat kā lidmašīnā. Tas nozīmē, ka ir jālido ar lidmašīnu un jāizveido tas pats uz simulatora – redzētais nedrīkst atšķirties. Jāizveido 3D virtuāla vide, bet jāņem vērā fizikas likumi, piemēram, kā strādā pacelšanās spēks, kādi spēki iedarbojas uz paātrinājumu, kā paātrinājumu jūt pilots. Piloti, kas testēja mūsu simulatoru, teica, ka ir izdevies diezgan tuvu sertificētam simulatoram.
Armands Šenfelds: Šis simulators, pēc būtības robots, ir ievietots lielā telpā un ir kā liela cilvēka roka. Mēs nevaram savu roku bezgalīgi izstiept kādā virzienā. Arī šeit ir fiziski ierobežojumi, kaut, piemēram, dabā lidmašīna var lidot ar paātrinājumu daudz tālāk vai nobraucieni Siguldas kamaniņu trasē ir ar lielāku intensitāti. Tomēr sajūtu cilvēkam mēs varam dot, un tas arī ir tas, ko mēs darām. Attiecībā uz simulatora kustību daļu, mēs mānam cilvēku ar gravitācijas spēku. Cilvēks sēž krēslā, acis ir aizvērtas, un nevar īsti saprast, kā krēsls tiek pārvietots telpā. Tomēr gravitācijas spēks iedarbojas uz cilvēka maņām, vestibulāro aparātu.
Andrejs Stupāns: Saliekot kopā vizuālo daļu un kustību daļu, mēs iegūstam tādu kā lidmašīnas, autotransporta vai jebkā cita simulēta digitālo dvīni. Izmantojot fizikas likumus, vajadzīgo kustību attēlojam uz ekrāna, ko redz cilvēks. Nepieciešami trīs paātrinājumi X, Y, Z asij un trīs leņķiskie ātrumi, rotācijas uz katru pusi. Tā arī ir visa nepieciešamā informācija, lai pārietu no simulētas lidmašīnas kustību uz robota kustību.
Kas kustina šo robotu?
Armands Šenfelds: Elektriskā piedziņa. Mūsdienu kustībai vispār pamatā ir elektriskā kustība, un ikdienā mums ir saskare ar ļoti daudziem motoriem. Piemēram, zvanot telefonam, elektriskais motors griež mazu atsvariņu un telefons lēkā pa galdu.
Andrejs Stupāns: Mūsu simulatoram ir seši motori, kas vada sešas asis.
Cik man zināms, jūs esat strādājuši arī pie Siguldas kamaniņu un bobsleja trases simulatora izveides. Daudziem cilvēkiem nav iespējas nobraukt ar bobu vai kamaniņām, vai šāda iespēja ir pie jums?
Andrejs Stupāns: Jā, jau var izbraukt, kaut tas vēl nav tik precīzi, kā mums gribētos. Mēs strādājam ar Latvijas Kamaniņu sporta federāciju, kam izaicinājums ir trases citās valstīs. Tajās vietējie sportisti trenējas katru dienu un tas rada lielas priekšrocības pār mūsu sportistiem sacensībās. Treneri stāstīja, ka pusgadu pirms sacensībām ir iespēja aizbraukt uz trasi un pāris reizes to izbraukt, kā arī ir iespēja izbraukt stundu pirms starta. Tomēr būtu daudz labāk, ja trases replika būtu pieejama Latvijā.
Armands Šenfelds: Iespējams, ka kādā valstī jau ir pieejama trašu bibliotēka. Mūsu vēlme ir radīt to pašu dinamiku, kāda ir īstā nobraucienā, un sagatavot sportistu mentāli, lai tas būtu daudz sagatavotāks treniņbraucienos. Arī, izmantojot sensorus, varam iegūt datus treniņbraucienos un vēlāk analizēt, kurā līkumā kādas sekundes daļas ir zaudētas vai iegūtas.
Vai esat to darījuši Latvijā?
Andrejs Stupāns: Jā, mēs braucām uz Siguldas trasi, sportistam uz ķiveres piestiprinājām "GoPro" kameru un ierīci, kas ierakstīja visas akselerācijas, un žiroskopu. Sportists izbrauca vairākas reizes. Tā ieguvām datus, sinhronizējām ar video. Paātrinājumus apstrādājām ar kustības pielāgošanas algoritmu, kas pārveido paātrinājumus robota kustībās. Tālāk galvenais ir vienlaicīgi palaist video un kustību. Izaicinājumi ir ar pozīcijām, kurās robots nevar nonākt, vai iegūt divreiz lielāku brīvās krišanas paātrinājumu. Treneris no federācijas ieteica dažus uzlabojumus un secināja, kas šis ir labs veids sportistu trenēšanai. RTU, protams, interesē akadēmiskais rezultāts, mēs esam par šo uzrakstījuši publikāciju. Ja atrastos finansējums, mēs ļoti labprāt palīdzētu mūsu bobslejistiem, kamaniņu sportistiem atvest mājās zelta medaļas.
Armands Šenfelds: Secinājām, ka nav nepieciešams šāds liels un dārgs robots. Ir iespējams izveidot piemērotāku mobilu iekārtu tieši šim mērķim – sportistam atrodoties guļus pozīcijā. Ar maziem resursiem esam daudz iemācījušies, un varam iet tālāk.
Kā vēl var izmantot simulatoru?
Armands Šenfelds: Piemēram, ir izaicinoši būt ceļamkrānā ļoti aukstā, vējainā laikā. Iespējams, var ieviest kādu tehnoloģiju. Vai automašīnās, kurām parādās arvien vairāk sensoru, ir pieejams vairāk analītikas par cilvēku. Te iespējams pētīt dažādus cilvēkus vienā vidē, un iegūt datus, kaut vai, piemēram, par dzērājšoferiem vai medikamentu iedarbību uz automašīnas vadīšanu. Mēs esam atvērti sadarbībai.
Andrejs Stupāns: Robots ir kustību platforma, un mēs varam ieprogrammēt jebkuras kustības. Mums ir infrastruktūra transporta modeļiem, kuru var ātri sagatavot testiem. Grūti ir simulēt ļoti asas kustības vai ilglaicīgus paātrinājumus ar lielu brīvās krišanas paātrinājumu, vai, piemēram, bezsvara stāvokli. Tam veido augstus torņus, kur krist un tāpat var nosimulēt ne vairāk par piecām sekundēm bezsvara stāvokļa.
Kā roboti simulatori mijiedarbojas ar citām tehnoloģijām? Vairāk kā jaunā izmantotāji vai radītāji?
Andrejs Stupāns: No abām pusēm. Izmantojot jau instalēto bāzi, veidojam ko savu.
Ko sabiedrība iegūst no simulatoriem?
Armands Šenfelds: Viens no ļoti vērtīgiem virzieniem ir autonomās automašīnas. Pētīt, kādus risinājumus piedāvāt cilvēkam, kurš atradīsies šādā auto, ko darīt cilvēka labbūtībai. Šīs tehnoloģijas strauji attīstās, un tieši simulācijas vidē notiek agrā verifikācija. Pēc simulācijām būs arvien lielāks pieprasījums, arī Āzijā un citur Eiropā zinātnieki strādā pie sensoriem, novērošanas risinājumiem, tostarp autonomajām automašīnām. Būtiska daļa transporta ir kravas mašīnas, kurām trūkst šoferu, un šo problēmu iespējams risināt ar tehnoloģiskiem rīkiem.
Daļa sabiedrības īsti neuzticas automatizētam transportam, kaut, protams, auto, kurš sevi vada, rada mazāku risku kā autovadītājs.
Armands Šenfelds: Autonomā braukšana tuvāk ikdienai ir Amerikas Savienotajās Valstīs. Tam nepieciešama gan infrastruktūra, lai auto saprastu, kur atrodas, kur braukt. Pie mums mēdz būt izaicinoši laika apstākļi, citi ceļi. Iespējams, arī cilvēks Kalifornijā pēc darba automašīnā iekāpj ar citām domām kā cilvēks te Latvijā.
Kā jaunam cilvēkam nonākt līdz jūsu laboratorijai? Kas būtu jāzina un jāmāk?
Andrejs Stupāns: Mēs gribam redzēt aktīvus cilvēkus, kas vēlas mācīties. Lai iestātos mūsu fakultātē, protams, jāzina matemātika kaut skolas līmenī. Fiziku iemācīsies.
Armands Šenfelds: Mūsu fokuss nav apmācīt cilvēkus, kas izgatavos programmatūru no nulles, tomēr programmēšana arī mums datu analīzē, iekārtu programmēšanā, piemēram, lai savienotu kustību un kameru, ir nozīmīga.
Andrejs Stupāns: Jā, tagad programmēšana ir iesaistīta visās jomās. Pat grāmatai "Troņu spēles", kura ir slavena ar to, ka tai nav galvenā varoņa, ir izveidots algoritms, kurš aprēķina, cik daudz par katru varoni runāts, lai tomēr saprastu, kurš svarīgāks un kurš nē.
Citas "Zinātnes vārdā" sarunas
