Ιπτάμενα ρομπότ που μπορούν να σβήσουν πυρκαγιές ή να συγκεντρώσουν στοιχεία από δυσπρόσιτες περιοχές. Ρομπότ που μπορούν να μεταφέρουν φάρμακα ή να κινηθούν στον βυθό, σε σημεία όπου δεν είναι εύκολη η πρόσβαση σε ανθρώπους. Ρομπότ που συμμετέχουν σε διαστημικά προγράμματα και άλλα που προορίζονται για αποστολές διάσωσης. Στη Σχολή Mηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ, το μέλλον είναι ήδη εδώ. Στη φωτογραφία, ο μεταπτυχιακός φοιτητής Χρήστος Αντωνίου με τον υποψήφιο διδάκτορα Γιώργο Ζωγόπουλο.
Μοιάζει απλό, αλλά δεν είναι. Να μπορούν να αναγνωρίσουν τα ρομπότ όχι μόνο την κατάσταση του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκονται, αλλά και τη δική τους κατάσταση, να εντοπίσουν τυχόν βλάβη και να πάρουν γρήγορα αποφάσεις σχετικά με την αποκατάστασή της, να βρουν άλλη λύση αν αυτή δεν είναι δυνατή ή να αποφασίσουν την… αυτοκαταστροφή τους εφόσον υπάρχει κίνδυνος να βλάψουν άνθρωπο.
Πάνω σε αυτό το στοίχημα εργάζεται αυτή τη στιγμή ο Κωνσταντίνος Κυριακόπουλος, καθηγητής στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ, στον τομέα Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτόματου Ελέγχου. Οπως λέει στην «Κ» ο κ. Κυριακόπουλος, ο οποίος μαζί με την ομάδα του αναπτύσσει, στο Εργαστήριο Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου που διευθύνει, ιπτάμενα, υποβρύχια και επίγεια ευφυή ρομποτικά συστήματα, «η ανάγκη για τη δυνατότητα αυτή μου ήρθε ένα πρωί στο Ζάππειο όπου πατεράδες και παιδιά έπαιζαν με πολύπτερα κι ένα από αυτά έπεσε κάποια στιγμή πάνω στο μπράτσο ενός μικρού κοριτσιού. Ηταν το έναυσμα να ασχοληθούμε με την αυτοδιάγνωση και διαχείριση της κατάστασης των ιπτάμενων ρομπότ. Να αντιλαμβάνονται από μόνα τους ότι κάτι δεν πάει καλά και να επιλέγουν ανάμεσα σε μία σειρά λύσεων. Να συνεχίσουν τη δουλειά τους, εάν αυτό δεν είναι εφικτό, να προσγειωθούν σε ασφαλές μέρος, εάν ούτε αυτό είναι δυνατό, να πέσουν σε σημείο όπου δεν θα υπάρχουν άνθρωποι».
Ανάμεσα στις επίγειες εφαρμογές είναι η ανάπτυξη –για λογαριασμό κυπριακού οργανισμού έρευνας– του λειτουργικού μέρους μοντέλων αυτόματων αυτοκινήτων που θα κινηθούν σε προσομοίωση πόλης για να μελετηθεί η συμπεριφορά τους σε έκτακτες συνθήκες. Στη φωτογραφία, ο υποψήφιος διδάκτωρ Σωτήρης Ασπράγκαθος.
Τα ιπτάμενα ρομπότ μπορεί να είναι αεροπλάνα, ελικόπτερα ή πολύπτερα. «Μέσω μιας σειράς προγραμμάτων έρευνας και σε συνεργασία με Ευρωπαίους ακαδημαϊκούς εταίρους αναπτύξαμε όλο το λειτουργικό μέρος τριών αεροπλάνων και δύο ελικοπτέρων. Τα ιπτάμενα ρομπότ μπορούν να χρησιμοποιηθούν με πολλούς τρόπους. Στην κατάσβεση πυρκαγιών για την παρακολούθηση της εξέλιξης της φωτιάς, όπου μάλιστα ενδέχεται να αναγκαστούν να παίξουν τον ρόλο “καμικάζι” προκειμένου να δώσουν τις περισσότερες και ακριβέστερες δυνατές πληροφορίες στο Συντονιστικό Κέντρο Επιχειρήσεων, αλλά και για τον εντοπισμό εγκλωβισμένων ανθρώπων. Στην παρακολούθηση της ρύπανσης υδάτων, θαλασσών, λιμνών, ποταμών. Στη δράση αυτή είναι πολύ χρήσιμα τα πολύπτερα, που μπορούν να κατέβουν, να πάρουν δείγμα, να το αναλύσουν και να στείλουν τα δεδομένα στο κέντρο ελέγχου. Αναπτύσσουμε μια σχετική συνεργασία με κυπριακούς φορείς. Στη συστηματική παρακολούθηση της διάβρωσης ακτογραμμών (π.χ. της βόρειας ακτογραμμής της Πελοποννήσου) – συμμετέχουμε σε ένα σχετικό πρόγραμμα διεθνούς συνεργασίας μαζί με το Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής (καθ. Εμμ. Οικονόμου). Στη μεταφορά φαρμάκων, απινιδωτή κ.ά. και παροχή συμβουλών υγείας μέσω τηλεματικής. Για τη δράση αυτή περισσότερο κατάλληλα είναι τα αεροπλάνα-ρομπότ που κινούνται με θερμικούς κινητήρες και μπορούν να πετάξουν για πολύ ώρα, αλλά και τα αντίστοιχα ελικόπτερα-ρομπότ, που μπορούν να σηκώσουν φορτίο 4-5 κιλών», σημειώνει ο κ. Κυριακόπουλος.
Μια άλλη ομάδα του καθηγητή Ρομποτικής έχει ασχοληθεί με τα μη επανδρωμένα έξυπνα υποβρύχια σκάφη, για εργασίες σε σημεία όπου δεν είναι εύκολη η πρόσβαση του ανθρώπου. «Αναπτύξαμε σε συνεργασία με ελληνικές εταιρείες υποβρύχια ρομποτικά οχήματα, που ελέγχουν τα ύφαλα του πλοίου και μετρούν το πάχος του ελάσματος, εκτός λιμανιού, στη ράδα, με λίγα μποφόρ, τη νύχτα, δηλαδή υπό συνθήκες δύσκολες για έναν επιθεωρητή ποιότητας – ο δεξαμενισμός του πλοίου και η απώλεια μιας ημέρας πλεύσης μπορεί να κοστίσει έως και 50.000 δολάρια στον πλοιοκτήτη. Ο επιθεωρητής κάθεται στο γραφείο του – κέντρο ελέγχου και το ρομπότ στέλνει την εικόνα, αν μάλιστα υπάρχει κυματισμός, μπαίνει σε λειτουργία σύστημα αντιστάθμισης ώστε ο ελεγκτής να έχει μια επεξεργασμένη και όχι μια ταρακουνημένη εικόνα. Τα υποβρύχια αυτά οχήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν και στον έλεγχο των φραγμάτων», εξηγεί ο ίδιος.
Η ομάδα έχει συμμετάσχει και σε ευρωπαϊκά προγράμματα για τον έλεγχο με ρομπότ, υποθαλάσσιων αγωγών στις βόρειες θάλασσες, όπως και των συστημάτων στήριξης των πλατφορμών άντλησης πετρελαίου. «Ρομπότ κατεβαίνει στις αλυσίδες στήριξης της πλατφόρμας, τις καθαρίζει από φύκη, τις ελέγχει, παίρνει και στέλνει μέσω δορυφόρου το βίντεο στο κέντρο ελέγχου, ανεβαίνει στην επιφάνεια, φορτίζεται και βυθίζεται και πάλι συνεχίζοντας την αποστολή του χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση». Επίσης, υποθαλάσσια οχήματα μπορούν να παρακολουθήσουν τη δραστηριότητα ηφαιστείων, να ελέγξουν ιχθυοτροφεία ανοιχτής θαλάσσης, να μετρήσουν την ποιότητα του θαλάσσιου νερού.
Ανάμεσα στις επίγειες εφαρμογές, είναι η ανάπτυξη –για λογαριασμό Κυπριακού Οργανισμού Ερευνας– του λειτουργικού μέρους μοντέλων αυτόματων αυτοκινήτων που θα κινηθούν σε προσομοίωση πόλης για να μελετηθεί η συμπεριφορά τους σε έκτακτες συνθήκες.
Ο καθηγητής Κωνσταντίνος Κυριακόπουλος με ένα «έξυπνο» υποβρύχιο. Δεξιά: Ενα άλλο επίτευγμα της ομάδας του κ. Κυριακόπουλου αφορά την ανάπτυξη ρομποτικού χεριού για τη διασύνδεση ανθρώπινου νευρικού συστήματος και ρομπότ. (φωτ. Νίκος Κοκκαλιάς)
Ενα άλλο επίτευγμα της ομάδας του κ. Κυριακόπουλου αφορά την ανάπτυξη ρομποτικού χεριού ως συνέπεια διάφορων ευρωπαϊκών προγραμμάτων για τη διασύνδεση ανθρώπινου νευρικού συστήματος και ρομπότ (neuro robotics). «Ο εγκέφαλος κινεί το χέρι μέσω των μυών του βραχίονα· αν αυτό κοπεί είναι σαν να έχεις μια μηχανή χωρίς το όχημα. Εμείς κατασκευάσαμε ένα χέρι το οποίο επικοινωνεί με τους μυς του βραχίονα μέσω ηλεκτρομυογραφικών σημάτων, και το καθοδηγεί σε απλές κινήσεις. Μελέτη που πραγματοποιήσαμε –μέλη της ομάδας μας φόρεσαν ειδικά γάντια που καταγράφουν τις κινήσεις των αρθρώσεων– έδειξε ότι σύνθεση τριών βασικών κινήσεων οδηγούν στο 80% του συνόλου των καθημερινών απλών κινήσεων. Ιδέα της ομάδας ήταν το χέρι να μπορεί να κατασκευαστεί στο σπίτι με έναν 3D εκτυπωτή και κόστος 70 ευρώ. Η ομάδα κέρδισε δύο βραβεία, ένα από την Ενωση Σουηδικών Εταιρειών Αυτοματισμού και Ρομποτικής και ένα σε αντίστοιχη δράση στην Καλιφόρνια. Μέλη της ομάδας ίδρυσαν startup με Γερμανούς εταίρους και σχεδιάζουν τεχνητά χέρια κατάλληλα για την κουζίνα», λέει ο καθηγητής.
«Διαστημικές» κατασκευές και μηχανές που βαδίζουν και τρέχουν
Στα Εργαστήρια της Σχολής Μηχανολόγων ΕΜΠ δραστηριοποιούνται στον Τομέα Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου, τόσο στην κατασκευή όσο και στο λειτουργικό μέρος ρομπότ σε μη συμβατικές δράσεις, εκτός από τον κ. Κυριακόπουλο, ο καθηγητής Ευάγγελος Παπαδόπουλος και στον Τομέα Τεχνολογίας των Κατεργασιών ο καθηγητής Γιώργος Βοσνιάκος, σε εφαρμογές ρομπότ σε βιομηχανικές κατεργασίες και παραγωγή. Στα εργαστήρια συμμετέχει ένα πλήθος προπτυχιακών, μεταπτυχιακών, διδακτορικών φοιτητών και μεταδιδακτορικών ερευνητών.
Στο Εργαστήριο Αυτόματου Ελέγχου υπό την εποπτεία του κ. Ευάγγελου Παπαδόπουλου, μια μεγάλη ομάδα νέων επιστημόνων ασχολείται με τα διαστημικά ρομποτικά συστήματα. «Και κάθε νέα μας μελέτη την επιβεβαιώνουμε πειραματικά», λέει ο ερευνητής Γιώργος Ρεκλείτης. «Το πρόβλημα είναι ότι τα ρομποτικά συστήματα σε τροχιά πρέπει να δοκιμάζονται σε συνθήκες που να προσομοιάζουν σε εκείνες του Διαστήματος, εκτός πεδίου βαρύτητας. Για να το πετύχουμε αυτό, τοποθετούμε τα ρομπότ πάνω σε αεροέδρανα, που δημιουργούν φιλμ αερίου CO2 πάχους μικρότερου από τρίχα, μεταξύ αυτών και της απολύτως επίπεδης επιφάνειας από γρανίτη. Το αποτέλεσμα είναι να κινούνται στο επίπεδο χωρίς τριβή ή επίδραση βαρύτητας, δηλαδή όπως θα έκαναν τα πραγματικά ρομπότ στο Διάστημα. Εχουμε ένα ενεργητικό αυτόνομο ρομπότ που διαθέτει βραχίονες, και ένα παθητικό που αντιπροσωπεύει δορυφόρο εκτός λειτουργίας. Το ενεργητικό μπορεί να προσδεθεί στον δορυφόρο, να τον εφοδιάσει με καύσιμα, ή να αλλάξει μια μπαταρία. Το διεθνώς πρωτοποριακό ρομποτικό σύστημα έχει σχεδιαστεί στο εργαστήριό μας για λογαριασμό της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος και έχει ήδη χρησιμοποιηθεί σε τρία προγράμματά της. Πλέον χρησιμοποιείται σε τέταρτο, καθώς και σε μεγάλο πρόγραμμα του Horizon 2020», σημειώνει ο κ. Ρεκλείτης και συνεχίζει: «Οι δορυφόροι εμπλέκονται σε πολλούς τομείς της ζωής μας, στις επικοινωνίες, στο GPS, στην πρόγνωση του καιρού κ.λπ. Υπάρχει λοιπόν μεγάλο ενδιαφέρον να χρησιμοποιηθεί η ρομποτική τόσο για τη συντήρηση δορυφόρων όσο και για την απομάκρυνση των εκτός λειτουργίας».
«Η “Λαίλαψ» είναι ένα ρομπότ που θα μπορεί να αντικαταστήσει έναν πυροσβέστη σε επικίνδυνες συνθήκες, να εξερευνήσει τον Αρη, να διερευνήσει γκρεμισμένα κτίρια, να πάει όπου οι ρόδες αδυνατούν να κινηθούν», λέει ο υποψήφιος διδάκτωρ Κωνσταντίνος Μαχαιράς. (φωτ. Νίκος Κοκκαλιάς).
Υπό την εποπτεία του κ. Παπαδόπουλου ομάδα μεταπτυχιακών και διδακτορικών φοιτητών σχεδιάζουν και κατασκευάζουν ρομπότ που βαδίζουν ή τρέχουν. Η «Λαίλαψ» είναι ένα τετράποδο ρομπότ που προορίζεται για αποστολές διάσωσης. «Είναι ένα ρομπότ που κινείται σαν κατσίκι, σε δύσκολα περιβάλλοντα. Θα μπορεί να αντικαταστήσει έναν πυροσβέστη σε επικίνδυνες συνθήκες, να εξερευνήσει τον Αρη, να βοηθήσει καλλιεργητές σε δύσκολα εδάφη, να διερευνήσει γκρεμισμένα κτίρια, να πάει όπου οι ρόδες αδυνατούν να κινηθούν», λέει ο υποψήφιος διδάκτωρ Κωνσταντίνος Μαχαιράς. «Τα ρομπότ αυτά έχουν πολύ δύσκολη δυναμική βάδισης και ευστάθειας, χρειάζονται δυνατούς κινητήρες, που όμως πρέπει και να τους κουβαλούν». Ο υποψήφιος διδάκτορας Θανάσης Μαστρογεωργίου εφοδιάζει το ρομπότ με τεχνητή όραση και αντίληψη του περιβάλλοντος, «ώστε να μπορεί να διαχειρίζεται εμπόδια που μπορεί να βρει στον δρόμο προς τον στόχο του, να διεκπεραιώνει το έργο του, να στέλνει εικόνες στους χειριστές του. Το οπτικό του σύστημα είναι ένας συνδυασμός καμερών και λέιζερ».
Οι ίδιοι, μαζί με τον Κώστα Κουτσούκη που εργάζεται στο διδακτορικό του, και τον Γιώργο Μπολανάκη που τελείωσε τη διπλωματική του, σχεδιάζουν στο πλαίσιο έργου Horizon 2020, υπό την εποπτεία του κ. Παπαδόπουλου, μια ρομποτική πλατφόρμα για την αυτόματη φόρτωση των κοντέινερ στα αεροπλάνα, κάτι που σήμερα διεκπεραιώνεται χειροκίνητα.
Ο στόχος είναι να αφαιρεθεί μεγάλο βάρος από τον μόνιμο εξοπλισμό του αεροπλάνου ώστε να επιτευχθεί οικονομία στα καύσιμα και καθαρότερο περιβάλλον. Η ρομποτική πλατφόρμα θα μπορεί να κινεί 1,5 τόνο σε μικρή κλίση. Κινείται πρώτα κάτω από το κοντέινερ, προσδένεται σε αυτό, το μετακινεί μέσα στο αεροπλάνο και το κλειδώνει αυτόματα στη θέση του. Επίσης η ομάδα σχεδιάζει ρομπότ με πόδια που έχουν και τροχούς, ώστε να χρησιμοποιούν τα μεν ή τους δε, ανάλογα με τα εδάφη στα οποία κινούνται.
