Na zagrebačkom Vrbiku istražuju se rješenja za robotizaciju industrije

Već šezdesetih godina prošloga stoljeća zagrebački Vrbik prestao je biti industrijska zona i postao sveučilišna, ali stari duh ponovno se počeo pojavljivati. Primjereno, nije riječ o povratku starim tvorničkim halama, nego o spoju modernog i povijesnog, sveučilišnoj nadogradnji i iskoraku prema suvremenoj industriji. Točno taj suvremeni amalgam utjelovila je CRTA – Regionalni centar izvrsnosti za robotske tehnologije Fakulteta strojarstva i brodogradnje (FSB) – koja se u sklopu svoga matičnog fakulteta smjestila u tu mirnu, danas stambenu i sveučilišnu zagrebačku četvrt.

Većina je Liderovih čitatelja od CRTA-ina osnutka sigurno bezbroj puta prošla Slavonskom avenijom pokraj nje a da nije ni pomislila da se prije bukobrana na toj frekventnoj zagrebačkoj prometnici kriju laboratoriji s robotima u kojima mladi FSB-ovi istraživači i studenti rade, uče, vježbaju i traže rješenja kojima će suvremenu robotičku tehnologiju učinkovito primijeniti u industriji ili zdravstvenoj skrbi. CRTA je mlada, ima tek četiri godine, ali ideja o njoj mnogo je starija. Akademik dr. sc. Bojan Jerbić prije gotovo dvadeset godina počeo je postavljati prve temelje za taj robotički centar.

– Čini se da su četiri godine CRTA-ina postojanja mnogo, ali kao centar relativno smo mladi. Kad govorim o CRTA-i, mislim i na našu katedru. Više od dvadeset osoba s FSB-a svakodnevno radi u CRTA-i, u što je uključena i Katedra za autonomne sustave i računalnu inteligenciju, koja je dio Zavoda za robotiku i automatizaciju proizvodnih sustava. CRTA je inicijalno pripremljena kao projekt znanstvene infrastrukture – objasnio je njezin voditelj dr. sc. Marko Švaco, izv. prof.

CRTA-in voditelj dr. sc. Marko Švaco u Laboratoriju za autonomne sustave

Pet milijuna eura za nove robote

Ulaganje u infrastrukturu i opremu od otprilike pet milijuna eura iz europskih fondova, povrh čega treba pridodati još oko tri milijuna eura vrijedne opreme iz prethodnih i aktualnih projekata, možda ne bi bilo teško za precizno ciljano industrijsko ulaganje multinacionalne kompanije. Međutim, iza CRTA-e ne stoje multinacionalke, nego domaće tvrtke, fakultet i europski fondovi, a kao infrastruktura usmjerena je na otvaranje raznovrsnih mogućnosti umjesto na brzu komercijalizaciju i profitabilnost.

– CRTA je zamišljena kao znanstvena infrastruktura koja nam omogućuje da prijavljujemo i provodimo složene i velike projekte: znanstvene, stručne, tehnološke te projekte s industrijom. Trenutačno je sedamnaestero naših istraživača i članova tima plaćeno sredstvima iz različitih projekata, a petero je nas u nastavi – iznio je Marko Švaco.

Laboratorij koji je prethodio CRTA-i već je strateški surađivao s tvrtkama poput Klimaopreme, Yazakija i Elektro-Kontakta. Naravno, odnos nije jednosmjerna ulica. Financiranje rada centra poput toga vraća se inovativnim tehnološkim rješenjima, skraćenjem vremena za njihovo uvođenje te u konačnici smanjenjem troškova. Za CRTA-u je najvažniji cilj uspostaviti dugoročne, strateške suradnje kakve su uobičajene u razvijenijim ekonomijama.

– Još imamo prostora za rast. Akademik Jerbić ​davno je rekao da bi ovdje trebalo raditi pedeset ili sto ljudi i to se danas pokazuje istinitim, potencijal je velik. Kako bismo ostvarili takav rast i pridobili više doktoranada i istraživača, važno je ostvariti jaču vezu s industrijom, nacionalnom i regionalnom – rekao nam je Marko Švaco.

Mali prostor, veliki potencijal

Kad se uđe u prostorije Centra na Vrbiku, jasno je da se stvara nešto novo i jako važno za hrvatsku industriju. Nije riječ o golemoj hali ili isključivo obrazovnom prostoru. CRTA se prostire jedva na 750 četvornih metara pa bi se, uzevši u obzir praktična iskustva u Hrvatskoj, u nju mogao smjestiti jedan manji proizvodni pogon. Suvremeni robotski sustavi kojima je opremljena, međutim, pokazuju da je potencijal mnogo veći. Laboratorij za autonomne sustave prepun je robota raznih namjena; mnogima je namjena višestruka.

Robotske ruke raznih proizvođača, veličina, boja i mogućnosti opremljene su kamerama, postavljene na šine ili druge vodilice, fiksirane u metalne okvire ili se nalaze na svesmjernim mobilnim platformama. Svi roboti uredno su složeni kako bi im se moglo lako pristupiti, uredni su i čisti, što pokazuje brigu CRTA-ina tima za alate kojima rade. Dojam je kao da su netom isporučeni. Zanimljivo je da su većinom kolaborativni, odnosno da ljudi mogu i smiju raditi uz njih, što je danas sve češće u industrijskom okružju.

– Imamo različite industrijske i kolaborativne robote. Proizvođači su različiti jer nemamo posebne preferencije za opremu, važno nam je da možemo pilotirati primjenu s različitim tipovima robota, da partneri mogu prepoznati što im odgovara. Neki roboti opremljeni su 2D kamerama, koje su slične digitalnim fotoaparatima, no za razumijevanje geometrije u prostoru dvije dimenzije nisu dovoljne pa se koristimo 3D kamerama koje rade na načelu triangulacije, poput naših očiju koje percipiraju dubinu. Jedna takva kamera ima dva 'oka' i omogućuje stvaranje oblaka točaka, odnosno 3D modela okoliša – objasnio nam je dr. sc. Filip Šuligoj.

CRTA-ino vodstvo dr. sc. Filip Šuligoj, voditelj dr. sc. Marko Švaco i dr. sc. Bojan Šekoranja u Laboratoriju za autonomne sustave

AI za robotizaciju

Uz kamere, za bolje shvaćanje prostora neki roboti koriste se i preciznim laserima za mjerenje udaljenosti, a sve je kalibrirano neuronskim mrežama, odnosno umjetnom inteligencijom. Stvar je u tome da u matematičkim, analitičkim modelima uvijek nešto nije moguće izračunati pa se infinitezimalni pomaci, nastali, recimo, zbog nesavršenosti objektiva kamere, kompenziraju umjetnom inteligencijom. U pravilu je riječ o softveru otvorenoga koda; dio programiraju inženjeri, a trenira se s pomoću otvorenih skupova podataka.

– Uglavnom radimo sa softverom otvorenoga koda, a programiramo u proglamima C++ i Pythonu. Koristimo se velikim knjižnicama koje je međunarodna zajednica razvijala desetljećima, ali naša je dodana vrijednost u tome kako ih upotrebljavati u novim područjima primjene, kako precizno namjestiti i optimirati parametre te napraviti specifične dorade u programskom kodu – naglasio je Filip Šuligoj.

Mogućnosti su, dakle, velike. Poslovni svijet u CRTA-i je dobio iznimno sposobnog partnera koji može pomoći ostvariti ono što se možda čini nedostižno. Naravno, nužno je imati dobru ideju kako poboljšati svoj proizvod ili uslugu, no tko nije siguran je li i koliko nešto izvedivo, stručnjaci iz CRTA-e mogu mu pomoći. Centar je od početka usmjeren na suradnju s gospodarstvom, i to je, uz obrazovni, najvažniji aspekt njegove svrhe.

– U prvom koraku, kad se iskristalizira dobra ideja, potrebno je istražiti je li netko to prije vas ipak riješio. Stoga se pregledavaju baze patenata, trenutačno stanje tehničkih rješenja, znanosti i istraživanja i zapravo moramo naći neku nišu koja je još otvorena. Robotika je jako široko područje, dijele se deseci različitih domena, prije svega prema mogućnostima i namjeni robota, pa onda prema tome kako su oblikovani, jesu li i kako mobilni, mogu li ljudi raditi uz njih itd. Danas robotika sve više izlazi iz determiniranog industrijskog okoliša u svakodnevnu široku primjenu – naveo je Marko Švaco.

Umjetna inteligencija pametna je jezgra robotičkih sustava. CRTA-ini istraživači uspostavili su AI alat koji pomaže precizno pozicionirati robotsku ruku za biopsiju

Raznoliki portfelj

Portfelj CRTA-inih projekata pokazuje tu raznolikost današnje robotike. U sklopu projekta 'Insight', primjerice, CRTA u suradnji s Grupom BMW razvija inteligentne podatkovne modele za proizvodnju i recikliranje baterijskih članaka. Cilj je s pomoću umjetne inteligencije razviti prediktivne modele i svojevrsne digitalne blizance baterijskih članaka te omogućiti predviđanje performansi baterija i smanjiti otpad u proizvodnji. U tom projektu fizički se dio testiranja provodi u Njemačkoj, a u Hrvatskoj digitalni. Projekt 'Marinero' CRTA-ina je suradnja s tvrtkom Probotica i Marinom Punat u kojem je cilj razviti autonomne mobilne robote za pomoć u radu u nautičkim marinama, od nadzora plovila, detekcije požara, ophodnje do dostave i sličnoga.

Projektom 'Robocamp' u suradnji s Noa Grupom razvijaju se dronovi za traganje i spašavanje. 'RONNA Medical' već je poznat široj javnosti jer je taj startup znanstvenika iz CRTA-e i liječnika razvio potencijal komercijalizacije tehnologije za neurokiruške robote koji mogu minimalno invazivnim tehnikama asistirati kirurzima koji operiraju mozak.

Ministarstvo znanosti i obrazovanja i Hrvatska zaklada za znanost pak financiraju projekt 'Pronobis' kojim se biopsija prostate nastoji robotizirati, poboljšati i ubrzati te učiniti preciznijom i manje bolnom. U tom projektu ključni su samostalno razvijeni računalni modeli temeljeni na dubokom učenju kojima se automatski analiziraju ultrazvučne snimke na temelju kojih se određuje precizna lokacija prostate u tijelu, zbog čega robotska ruka može uz minimalno invazivan zahvat navoditi uzimanje uzorka tkiva prostate za analizu.

Mladi istraživač priprema robotsku ruku sustava 'Pronobis' za robotski potpomognutu biopsiju prostate

Niša medicinske robotike

Ako je suditi po uspješnosti projekata i njihovoj brojnosti, medicinska robotika područje je na kojem robotičari iz CRTA-e jako dobro pronalaze neistražene niše i neriješene probleme. No to područje kompliciranije je od uobičajenog industrijskog okružja jer su procedure mnogo strože i detaljnije.

– Prijenos istraživačkog rješenja u industrijsko okružje relativno je poznat. Ono što radi u laboratoriju, uz manje prilagodbe često funkcionira i u industriji, a komercijalni je interes poduzetnika jasan. Recimo, tranzicija robota za paletizaciju iz našeg laboratorija u industrijsko okružje relativno je jednostavna. Međutim, sofisticirani proizvod kao što je robot koji operira mozak nosi mnogo više rizika. U medicini je taj iskorak mnogo veći i teži je izravan prelazak s akademije u proizvod. Mi smo to riješili osnivanjem startupa poput RONNA Medicala, kojim je tehnologija s fakulteta prenesena licenciranjem. Uloga je​ startupa ​da dodatnim kapitalom i inženjerskim radom podigne proizvod na razinu tehnološke spremnosti za operacijsku dvoranu – objasnio nam je dr. sc. Bojan Šekoranja.

Postupak certificiranja u medicini prilično je rigorozan. Svaka komponenta sustava mora proći niz testova usklađenosti s medicinskim standardima iako je prethodno testirana i potvrđena u industrijskoj primjeni. Jasno, nije riječ samo o funkcionalnosti već i o pravnoj zaštiti i sigurnosti pacijenata. U nekim slučajevima i napajanje mora biti slabije jer se ne smije dogoditi pacijente ugrozi onaj tko im treba pomoći. A tehnološka rješenja moraju biti laka za primjenu i intuitivna.

– Sve te rizike treba u cijelom procesu evaluirati, eliminirati i napraviti tržišni proizvod. Uz to se ne smije dogoditi da sustav zakaže usred operacije ili da kirurg ne zna što s njim. Softver mora biti intuitivan, ne smije biti kompleksniji od pametnog telefona. Fokus kirurga mora biti na pacijentu, a ne na 'petljanju' s tehničkim sustavom. Robotika treba olakšati proces, učiniti ga fluidnijim i sigurnijim – objasnio je Bojan Šekoranja.

Otvorenost je CRTA-ina posebnost od početka. Studenti, doktorandi i drugi članovi njezina tima mogu joj pristupiti 24 sata na dan, svakoga dana u tjednu, pa i praznikom. To je rijetkost u domaćem obrazovnom sustavu i mnogi bi se mogli ugledati na CRTA-inu praksu jer se tako potiče istraživački rad. Naime, najbolje ideje idealno je odmah testirati, dok je kreativni impuls još svjež i dok se mogu dodatno izbrusiti i razviti.

Tako CRTA studentima, kojih na novom FSB-ovu studijskom programu Mehatronike i robotike na godinu pristiže 75, pruža priliku za kontinuiran rad i istraživanje. Usto je odličan temelj za robotizaciju domaće industrije i zdravstva. To obećava već jedan pogled na njezinu mladu i zainteresiranu ekipu profesora, doktoranada i istraživača.

Dr. sc. Filip Šuligoj objasnio nam je da je CRTA opremljena različitim industrijskim i kolaborativnim robotima radi mogućnosti pilotske primjene različitih tipova za različite namjene