Řada robotů může vypadat samostatně, chytře a jako stroj, který se dokáže velmi dobře orientovat v okolí. Málokdy je to ale pravda. A pokud ano, většinou jim pomáhá GPS, která jim říká, kde se právě nacházejí. V lese něco takového možné není, signál pod koruny stromů nedosáhne. Přesto se v nich létající roboti naprogramovaní vědci ČVUT umí bezpečně pohybovat. I díky tomu, že se chovají jako ptáci.

I ve chvílích, kdy nemůžou používat GPS, jim v orientaci pomáhá řada systémů a senzorů. Mají mimo jiné 3D lidar či vlastní palubní inteligenci. To, co roboty odborníků z Fakulty elektrotechnické ale skutečně odlišuje, j to, jak jsou autonomní – tedy jak se dokážou pohybovat bez příkazů někoho zvenčí. A jak se takto autonomně pohybují v hejnu.

Tito létající roboti tvoří tým samostatných a současně spolupracujících robotů. Během letu si předávají jen minimum informací, ale jsou podobně jako hejno ptáků schopné zpracovávat vnější podněty a přizpůsobovat své chování změnám v okolním prostředí.

Přítomnost ostatních tvoří dohromady sdílenou inteligenci, kterou podobně jako ptáci využívají v místech, kde senzory každého jednoho z robotů nestačí. Kdyby se nedalo spolehnout na ostatní, jeden letící dron by selhal.

Větší zvenku, menší uvnitř lesa

Dvacítku autonomních dronů vyslalo bezmála sedmdesát robotiků do Temešváru poblíž Písku, kde ukázali, jak umějí létat v kompaktní dynamické formaci. Právě tam si ověřují výsledky svého základního výzkumu, poblíž velkých měst to není možné.

Nejde jen o to, jestli roboti v lese dokážou létat – takové projekty mají reálné a velmi zajímavé využití. Mnohem rychleji a levněji než člověk můžou najít stromy napadené kůrovcem. Toto řešení vyvinula studentka magisterského studia Tereza Uhrová ve spolupráci se soukromým sektorem, společnostmi Eurosecur a Fly4Future.

Foto: Petr Neugebauer, FEL ČVUT

Tereza Uhrová ze skupiny multirobotických systémů

Zahrnuje nasazení dvou dronů. Menší uvnitř lesa využívá data z druhého, většího, který proletí nad lesem. Ten z výšky stromy snímá a díky speciální kameře dokáže identifikovat i pro člověka neznatelné odlišnosti v jejich barevném spektru. Přítomnost škodlivého brouka totiž vystavuje napadený strom stresu, který se začne projevovat v barvě jehličí už v počátečních fázích, kdy je jinak stávajícími metodami velmi obtížné jej odhalit. Podle informací menší dron strom najde a označí ho sprejem. Dřevo, ve kterém se škůdce už zabydlel, je totiž potřeba co nejdříve vyhledat, ošetřit anebo odstranit.

„Dron se s využitím 3D lidaru a palubní inteligence dokáže uvnitř lesa lokalizovat, vyhýbat se překážkám a doletět na místo, kde se očekává výskyt napadeného stromu. Vlastní dohledání stromu probíhá s pomocí RGB kamery a neuronové sítě na palubním počítači. Jakmile dron identifikuje znaky přítomnosti kůrovce (miniaturní otvory v kůře), autonomně jej označí barvou.  Lesník pak může jít najisto,“ říká Martin Saska ze skupiny multirobotických systémů FEL ČVUT.

Od nouzových operací po inspekce elektrického vedení

V dronech výzkumníci zúročili řadu zkušeností z předchozích projektů. Skupina multirobotických systémů prováděla testy autonomních létajících robotů a jejich rojů už v pouštním prostředí ve Spojených arabských emirátech, kde zkoušela mimo jiné to, jak by se v takovém prostředí a za takových podmínek daly využít pro nejrůznější humanitární operace, při kterých je třeba co nejrychleji někoho najít.

Drony naprogramované na FEL už ale taky dokázaly, že můžou najít využití při hašení požárů. Anebo že je možné je nasadit při inspekci elektrického vedení, kde by mohly nahradit pracovníky ve vrtulnících.

Schopnost komunikovat, létat bez pokynů, hledat konkrétní věci a orientovat se bez pomoci roboti vyvíjení odborníky z FELu pravidelně prokazují na mezinárodních soutěžích. Zaujali v neoficiální olympiádě robotiků organizované americkou vládní agenturou DARPA v roce 2021 či v soutěži v Abu Zabí, z jejíhož posledního ročníku v roce 2020 vzešli jako celkový vítěz. Tým z ČVUT podle výsledků soutěže dlouhodobě patří mezi světovou špičku.

Vedle toho aktuálně skupina multirobotických systémů naučila drony jak na to, aby poznaly pokus o nepřátelské převzetí kontroly, dokázaly mu odolat a neposlouchaly snahu o přesměrování k novému cíli. Takzvané spoofingové útoky jsou stále častějším prostředkem manipulace zejména ve válečných konfliktech, jejich důsledkem může být mimo jiné zneužití a přesměrování vzdušných robotů nepřítelem k útoku na vlastní zařízení.

Takových útoků byly v posledních letech zaznamenány stovky. Metoda z ČVUT ale zajistí, aby dron ignoroval falešné GPS signály, které takový pokus obsahuje, a soustředil se na vlastní palubní inteligenci a senzory.