Inovátor roka 2022: Celok sa dá pochopiť len dlhodobým štúdiom jeho častí

Vladimír Cviklovič si prevzal ocenenie Vedec roka SR 2022 v kategórii Inovátor roka/Inovátorka roka za významný prínos v oblasti autonómnej mobilnej robotiky.

Vývoj priemyselných riadiacich systémov so sebou postupne prináša radikálne zmeny vo výrobnom a priemyselnom prostredí. Uľahčujú mnoho procesov a zefektívňujú výrobu.

Doc. Ing. Vladimír Cviklovič, PhD., je odborníkom na riadiace a navigačné algoritmy v autonómnej mobilnej robotike, ktorým sa nepretržite venuje už približne 17 rokov. V jeho širokom portfóliu nájdeme funkčný prototyp autonómneho mobilného robota SaMoRob, ku ktorému v roku 2022 predstavili aj príves s autonómnym rosičom určeným na rosenie vo vinohradoch a v ovocných sadoch s cieľom eliminovať negatívny vplyv postrekov na zdravie obsluhy a znížiť množstvo chemických látok v pestovaní ovocia. V tom istom roku sa predmetom duševného vlastníctva stal aj riadiaci systém autonómneho robota Salamander, ktorý je bezpilotnou náhradou malotraktora s predným a so zadným trojbodovým závesom, použiteľným pre roľníkov s malou výmerou pôdy. Cviklovič sa intenzívne venuje aj vzdelávaniu študentov a dlhodobo sa aktívne podieľa na popularizácii vedy a techniky.

V rozhovore pre portál VEDA NA DOSAH vedec približuje svoje doterajšie úspechy, technickú stránku a bližšie fungovanie modelov robotov, pričom motivuje mládež k štúdiu technických vied.

O inšpirácii

Riadiacim a navigačným algoritmom v autonómnej mobilnej robotike sa venujete nepretržite od roku 2007. Inklinovali ste k technickému smeru odmalička?

Vždy ma zaujímali prírodné vedy, najmä tie, ktoré nemožno vnímať zmyslami. Zo všetkého najviac elektrina. Od konca základnej školy som elektronike venoval prakticky všetok voľný čas. Neskôr počas štúdia na univerzite som pochopil, že samotná elektronika je v súčasnosti nepoužiteľná bez mikrokontrolérov a ďalšieho spracovania údajov pomocou aplikácií s podporou operačného systému. Vtedy som sa začal zdokonaľovať v tejto oblasti a vo všetkom sa mám čo učiť dodnes.

Získali ste ocenenie v kategórii Inovátor roka/Inovátorka roka. Váš inovačný potenciál možno vidieť pretavený do jedenástich úžitkových vzorov a šiestich patentov, z ktorých dva sú dokonca medzinárodné. Je medzi nimi konkrétny výstup, na ktorý ste najviac pyšný alebo ktorý vám priniesol najväčšiu radosť?

Nemám vyslovene najobľúbenejší výstup, pretože zložitosť výstupu je reflektovaná vo vynaloženej námahe aj na úkor osobného života. V tejto otázke vo mne súperia dva protichodné pohľady… No najväčšiu radosť mi robí výsledok, ktorý ľuďom uľahčuje prácu a oni z toho majú úžitok. Ak vezmem do úvahy komplexnosť, určite ma najviac teší funkčný autonómny stroj.

Ktorú osobnosť zo sveta inovácií obdivujete? Kto vás inšpiruje?

Je ich niekoľko desiatok. Každá osobnosť má niečo špecifické. Ich spoločnými vlastnosťami sú určite zvedavosť, pátranie po pravde a pracovitosť. Najviac obdivujem géniov, ako je Nikola Tesla a Marie Curieová-Skłodowská. Dosah ich prínosu sa v súčasnosti kladne dotýka takmer každého človeka na tejto planéte.

O autonómnych robotoch

Za vami stoja úspešné modely autonómnych mobilných robotov – prototyp autonómneho mobilného robota SaMoRob, ktorý je určený na realizáciu polohovo orientovaných pracovných úkonov v poľnohospodárstve, a elektrického autonómneho mobilného robota na platforme Salamander, ktorý je bezpilotnou náhradou malotraktora s predným a so zadným trojbodovým závesom. Aké výhody a nevýhody má vaša technológia a algoritmy v porovnaní s konkurenciou, napríklad zahraničnou?

V prvom rade je vhodné spomenúť, že bez tímu ľudí, ktorých si veľmi vážim, by to nešlo. Ďalej chcem dodať, že v prípade Salamandra je našou úlohou jeho automatizácia a bezpilotné riadenie, pretože hardvér je riešením externej spoločnosti, ich dlhoročných skúseností a duševného vlastníctva ďalších tímov.

Naša technológia vyniká práve v decentralizovanom systéme riadenia a v spôsobe spracovania obrazových informácií. V prípade poruchy máme záložné riešenia a dostatočne veľký priestor na spoľahlivé zastavenie akejkoľvek činnosti robotov, ktorá ohrozuje osoby a majetok ľudí. V prípade poruchy jednej z častí riadiaceho systému, ktorá nesúvisí s pojazdom, sa robot môže vrátiť k parkovaciemu miestu bez potreby zásahu servisu.

Výhodou z pohľadu rosiča je úplná automatizácia dávkovania na základe potreby, čo významne znižuje množstvo aplikovanej chémie, a priame nasadenie do podmienok presného poľnohospodárstva. Ďalšou výhodou je aplikovateľnosť do existujúcich podmienok bez dodatočných úprav cieľového pozemku. Treba podotknúť, že konkurenčné technológie nie sú dostatočne poznateľné, lebo väčšina týchto riešení, vznikajúcich najmä v súkromných spoločnostiach, sa vytvára v prísnom utajení.

Čas strávený od nápadu až po výsledný produkt závisí od počtu a kvality ľudí v tíme.

Ako vidíte komercializáciu svojho nápadu? Keby niekto mal záujem, vedeli by ste si predstaviť uviesť roboty na trh? Aké sú finančné náklady na vývoj a výrobu takejto technológie?

Komercializáciu vidím po ukončení všetkých testov a úprav. Výskum a vývoj nielen v tejto oblasti je vždy dlhá cesta. Čas strávený od nápadu až po výsledný produkt závisí od počtu a kvality ľudí v tíme. Významný vplyv má aj systematický prístup, nutnou podmienkou sú investície.

Prvotné nasadenie by som videl v službách aj kvôli overeniu funkčnosti celého systému v praxi a doladeniu používateľského rozhrania. Je nutné uvedomiť si, že zložitosť ovládania priamo určuje početnosť potenciálnej obsluhy. Mojím záujmom je, aby táto aj iné technológie vytvorené na našom pracovisku priniesli prácu v našom kraji a krajine.

Finančné náklady na vývoj technológie neviem určiť, je za tým veľa osobného času. V práci musíme plniť viac úloh aj kritériá, ktoré sú v priamom rozpore so vznikom duševného vlastníctva. Cena technológie je určená veľkosťou vyrábanej série. Výrobná cena vrátane práce pri elektrickej verzii už autonómneho Salamandra s našou technológiou riadenia sa bude pohybovať okolo 30 000 eur. Treba mať na pamäti, že určenie je do podmienok poľnohospodárskej praxe, nie na cestné komunikácie.

Aby sme si lepšie vedeli predstaviť technickú stránku, aký typ pohonu a akú spotrebu a výkon má SaMoRob?

SaMoRob (Samočinný Mobilný Robot) má na mieste energetickej jednotky použitý benzínový spaľovací motor s výkonom 9,7 kilowattu (kW) pri 3 600 otáčkach za minútu, ktorý poháňa dva oddelené hydraulické obvody a jeden elektrický. Riešenie je cenovo najvýhodnejšie a akčný rádius je veľký. Spotreba pri plnom výkone je približne 4,2 litra za hodinu. V prípade použitia s prívesom rosiča sú 4 kW výkonu použité na pojazd a vyše 5 kW na pohon čerpadla a ventilátora rosiča. Na účely testovania autonómneho chodu je to postačujúce, pretože pojazdová rýchlosť je nízka.

Hlavnou výzvou autonomizácie prístrojov v poľnohospodárstve je odstránenie takzvaných kapacitných prekážok. Napríklad drony sú vo svojej podstate ako stvorené na rosenie alebo hnojenie porastov, malá nosnosť ich však diskvalifikuje v tom, aby sa stali skutočnou konkurenciou ťahaných rosičov. Je SaMoRob schopný popasovať sa s touto výzvou? Akú hmotnosť postreku vie na vlečke SaMoRob uniesť?

V prvom rade treba uviesť, že drony nerosia, ale postrekujú. Ich výhodou je nulové utláčanie pôdy a absencia koľajových riadkov. Používajú vyššie koncentráty látok, a tým znižujú svoju celkovú hmotnosť s cieľom zvýšenia ich doletu.

Výhodou nášho riešenia je rosenie, ktoré pokrýva na jeden prejazd viac ako 98 percent povrchu rastliny. Limitom nosnosti je tlak na nápravu, ktorý negatívne ovplyvňuje pôdu ako základný výrobný faktor. V našom „inteligentnom“ rosiči uvažujeme nad nádržou s objemom 200 litrov. Keďže naše riešenie je autonómne, tiež pracuje s vyššími koncentrátmi používaných látok.

Gro všetkých zariadení pripojených v poľnohospodárstve má pohon vo forme hydraulických alebo olejových okruhov. Ako s tým spolupracuje elektrický Salamander? Ako poháňa prídavné zariadenia?

Salamander obsahuje konvenčný hydraulický okruh s elektricky riadenými rozvádzačmi. Pohon hydraulického čerpadla v hydraulickom okruhu je riešený trojfázovým, elektronicky riadeným elektromotorom. Na prípojné zariadenia je rezervovaný jeden elektricky riadený hydraulický obvod.

Ak by na prednom a zadnom trojbodovom závese boli pripojené rôzne zariadenia, ktoré potrebujú odlišné riadenie (napríklad herbicídna kefa a kosačka), ako sa s tým Salamander popasuje? Ako dokáže harmonizovať dve odlišné činnosti naraz?

Tieto zariadenia môžu mať v mnohých prípadoch svoje riadiace systémy, ktorých cieľom je napríklad optimalizovať polohu pracovného nástroja a na tento účel používajú riadiacu elektroniku a rozhranie na komunikáciu s nadradeným systémom – traktorom. Od začiatku používame komunikačné štandardy, čo je nevyhnutné kvôli kompatibilite naprieč rôznymi výrobcami strojov. Vytvorená riadiaca jednotka komunikuje v rozsahu štandardov používanými v automobilovom priemysle aj poľnohospodárskych strojoch. K dispozícii sú dve osobitné linky CAN2.0A/CAN2.0B a ďalších osem štandardov.

Chcel by som odkázať nielen mladým záujemcom o technické vedy, aby si dávali postupné reálne ciele a po častiach skladali skladačku poznania.

O motivácii mladých a víziách do budúcnosti

Aké sú vaše vízie a ciele v najbližšom období? Čakajú vás nejaké zaujímavé projekty?

Základnou víziou v oblasti autonómnej robotiky je dotiahnuť riešenia do stavu výrobku odskúšaného v reálnych podmienkach praxe. V najbližšom období chcem otestovať navrhnutý algoritmus autonómneho cúvania ťahača s jednonápravovým pasívnym prívesným vozíkom. Je to ďalší segment skladačky v tejto oblasti.

Čo by ste odkázali mladým potenciálnym záujemcom o technické odbory?

Prírodné vedy majú jedinečné postavenie v rozvoji človeka z duševnej stránky. Ich úroveň sa neustále zvyšuje a sme svedkami ich exponenciálneho rozvoja. Mladí ľudia v odboroch techniky sú vystavení veľkému tlaku na rýchle pochopenie vývoja, ktorý sa postupne rozvíjal niekoľko desaťročí či storočí. Naskočiť na vlak významne komplikuje prepojenosť poznatkov, nedá sa pochopiť nové bez základov z predchádzajúceho.

Preto by som chcel nielen mladým záujemcom o technické vedy odkázať, aby si dávali postupné reálne ciele a po častiach skladali skladačku poznania. Celok sa dá pochopiť len dlhodobým štúdiom jeho častí a nutnou podmienkou je experiment. Treba tvoriť najskôr jednoduché veci. Odmenou za to bude schopnosť inovovať a tvoriť zložitejšie projekty. S tým je spojená výhoda na trhu práce a podpora vo firmách na Slovensku vôbec. Techniku sa skutočne oplatí študovať, je všade vôkol nás a trend do budúcnosti ukazuje jednoznačne v jej prospech.