Naši vedci vyvíjajú vlastný dron

Letka dronov, ktorá bude v dobe pandémie užitočná v podobe prevážania biologických vzoriek do laboratórií. To je cieľom veľkého projektu našej STU. Dron bude „od hlavy až po päty“ navrhnutý slovenskými vedcami.

Na tomto unikátnom projekte spolupracujú štyri subjekty: naša univerzita, ktorá je jeho lídrom a kde je v tomto duchu  hlavnou Fakulta elektrotechniky a informatiky, a zapojené sú aj Strojnícka fakulta a Materiálovotechnologická fakulta. Ďalej spolupracuje Žilinská univerzita, spoločnosť Aerobtec a nezisková organizácia Medirex Group Academy. „STU má na starosti samotný dron, čiže jeho konštrukciu, prepravný modul, prevádzkové vlastnosti, a predovšetkým autonómne riadenie,“ hovorí profesor František Duchoň z FEI, zodpovedný riešiteľ projektu. Žilinská univerzita má podľa neho na starosti predovšetkým letovú prevádzku, čiže riadenie celého roja dronov. „Aerobtec prispieva vývojom meničov motorov samotného dronu, a takisto vyvíja základňu pre jeho autonómne pristávanie. Medirex Group Academy vyvíja predovšetkým informačné systémy pre odosielanie prepravovaných vzoriek, a takisto pre zber dát počas letu drona,“ vysvetľuje ďalej s tým, že súčasťou vývoja sú aj rôzne záťažové testy, či už na samotný dron, alebo prepravované vzorky. „V rámci projektu sú zapojení aj skvelí zahraniční odborníci, napríklad profesor Žalud z VÚT Brno, ktorý so svojím tímom vyvíja systém ATEROS pre armádu Českej republiky, alebo profesor Siciliano a profesor Lippiello z Universita' degli Studi di Napoli Federico II, ktorí realizovali osem veľkých európskych projektov na tému drony.“

Prepravný box

Požiadavky na zefektívnenie vyplynuli z pandémie
Prečo je táto téma v takejto podobe „na stole“? V pandemickej situácii, v ktorej sa nachádza celá spoločnosť, je pochopiteľné, že bolo iba otázkou času, kedy vyvstane požiadavka na efektívnejšiu prepravu biologických vzoriek do laboratórií, ktorú by neblokovali zápchy či dopravné nehody. Čo sa týka praktickej stránky veci, požiadavka na zrýchlenie prenosu vzišla podľa profesora Duchoňa priamo od Medirex Group. „Aktuálne vzorky z odberných miest do laboratórií prevážajú autami, a ak je najmä v Bratislave zlá dopravná situácia, celý proces to zdržuje. No a keďže nad hlavami máme zatiaľ voľno, preprava dronmi bude omnoho efektívnejšia. Otázna je potom, samozrejme, kapacita laboratórií, ale to nie je súčasťou projektu UAVLIFE,“ vysvetľuje a v tejto súvislosti dodáva, že ak sa im podarí nasadiť takýto systém pre prepravu biologických vzoriek, veria, že bude reálne aj rozšírenie systému na bežné komerčné zákazky. Či už kuriérske služby do zásielkovní, alebo pre využitie v záchranárskych operáciách ako rýchly systém prvého kontaktu.

Profesor František Duchoň, zodpovedný riešiteľ projektu

Sami sebe pánmi
Požiadavka vývoja vlastného dronu pre projekt UAVLIFE vznikla podľa Františka Duchoňa z jednoduchého dôvodu; vývoj by síce vedeli spraviť aj na komerčne dostupnom stroji, ale problém by nastal, ak by výrobca ukončil jeho výrobu a podporu. „Potom by sme museli všetko prerábať na nový dron. Preto sme sa rozhodli, že bude efektívnejšie spraviť vlastný vývoj, ktorý máme vo svojich rukách, a zároveň si ho vieme upraviť podľa aktuálneho stavu vývoja,“ hovorí. „Vykonať úpravy na komerčne dostupnom drone by bolo komplikovanejšie, a aj časovo nie príliš efektívne. A možno by sme narazili na situácie, ktoré by sme si museli odkonzultovať s výrobcom dronu, čo by bolo opäť zdržanie vo vývoji. Toto bol z môjho pohľadu hlavný dôvod realizácie vlastného návrhu.“

Pokiaľ ide priamo o aplikáciu prenosu lekárskych vzoriek, je to  jedna z aplikácií, kde dáva využitie dronov význam nielen z ekonomického hľadiska, ale hlavne z hľadiska ochrany zdravia. „Či už ide o efektívny zber vzoriek na rozbor viackrát za deň, rýchlu prepravu liečiv, alebo dokonca o rýchly transport orgánov,“ vysvetľuje líder vývoja Ing. Jozef Rodina, PhD. “Vzhľadom na to, že sme na Slovensku našli partnera, ktorý má záujem o takéto inovácie, dali sme sa dokopy. Čo sa týka inšpirácií, ide hlavne o veľmi progresívne výskumno-vývojové projekty zo Severnej Ameriky.“

Tím profesora Františka Duchoňa, ktorý sa venuje robotike

Kúpiť je jednoduchšie. Ale zároveň aj riskantnejšie
Samozrejme, ušetrili by si množstvo práce, keby jednoducho kúpili nejaký zahraničný, už hotový prototyp. „Vždy je jednoduchšie kúpiť. Ale ako som už spomínal vyššie, keď sme analyzovali efektívnosť všetkých procesov, ktoré nás čakajú, zvážili sme, že bude praktickejšie realizovať vlastný vývoj,“ vysvetľuje profesor Duchoň. „Navyše, ten vývoj nemá skončiť len nejakou štúdiou uskutočniteľnosti, teda nejde len o to potvrdiť, že by to šlo. My chceme vytvoriť produkt, ktorý bude v priestore Slovenskej republiky možné naozaj nasadiť a používať. A ak to má byť naozaj produkt, nemôžeme byť závislí od externého výrobcu dronov. Takisto by sa nám s komerčne zakúpeným dronom ťažšie riešila škálovateľnosť celého riešenia.“

Máme na viac, ako iba nakupovať. Cestou je vytváranie know-how
Je tu však aj iná stránka veci; ako sa vyjadril Jozef Rodina, treba v prvom rade povedať, že nejde len o vývoj samotného drona, ale aj o celý systém pre prenos lekárskych vzoriek. „Toto pozostáva z drona samotného, na ktorý sú kladené vysoké nároky z hľadiska bezpečnosti prevádzky, termo-regulovaného boxu pre vzorky; musí odolávať nárazom, pričom nesmie byť porušená tesnosť.  Takisto treba vziať do úvahy hľadisko bezpečnosti riadiacich a komunikačných systémov, systému sledovania stavu vzoriek, informačného systému pre riadenie letky dronov. Z toho vidieť, že ide o pomerne komplexnú úlohu, ktorá presahuje rámec out-of-the-box riešení. Taktiež pokiaľ chceme, aby Slovensko nebolo len montážnou dielňou, je nutné u nás vytvárať know-how, a to sa nedá nakupovaním komponentov a riešení.“

Prvé testy sú naplánované na jar
Aktuálne sú naši vedci vo fáze návrhu samotného stroja. „Máme rozmyslený celý koncept, a v laboratóriu sa už prvý prototyp začína tvoriť,“ opisuje profesor Duchoň. „Kolegovia zo Strojníckej fakulty realizujú návrh prepravného modulu, ktorý musí byť bezpečný, odolný, a zároveň s ním musí byť ľahká manipulácia. Ďalšia časť kolektívu STU sa venuje vývoju efektívnych metód riadenia a modelovania nášho dronu,“ vysvetľuje s tým, že si treba uvedomiť, že každý ušetrený gram, každá zlepšená vlastnosť riadenia dronu zvyšuje čas letu. Z čoho, samozrejme, vyplýva, že sa zvyšuje aj samotná dĺžka doletu. „Ďalšia časť tímu STU sa venuje vyššej úrovni riadenia, čiže lokalizácii a navigácii dronu. Musíme navrhnúť plánovanie dráhy, tvorenie letových koridorov, schopnosť reaktívne sa navigovať vzhľadom na prekážky, alebo zabezpečiť spoľahlivé určenie polohy aj v prípade výpadku niektorých systémov, ako GNSS. A to som ešte nespomenul bezpečnostné aspekty autonómneho letu.“

Zatiaľ je plán taký, že prvé testy by začali  vykonávať na jar 2022; podľa profesora Duchoňa ich najviac zdržuje proces verejného obstarávania, ktorý celý vývoj predlžuje. „Preto sa snažíme vyvíjať aj bez potrebného materiálu, vybavenia, ktoré sa má obstarať cez projekt UAVLIFE. Za ostatné súčasti projektu môžem povedať, že Žilina realizuje zatiaľ koncepčné riadenie letky dronov. Aerobtec nám už navrhli menič pre motory dronu, robia na tom ešte drobné úpravy, a aktuálne sa venujú aj konceptualizácii pristávacej základne. Medirex Group Academy s nami spolupracuje predovšetkým pri tvorbe prepravného modulu, pretože musíme splniť ich požiadavky na prepravu vzoriek. Takisto začali tvoriť informačné systémy pre celý projekt.“

Do úvahy treba brať aj legislatívu
Zatiaľ podľa profesora Duchoňa nejaké závažné problémy vo vývoji nezaznamenali; najväčšie však očakávajú pri realizovaní samotných letov. „Jednoducho aktuálne platná legislatíva neumožňuje takzvané BVLOS (Beyond Visual Line of Sight) lety. Máme však ústnu dohodu s Leteckým úradom, že by nám v rámci vývoja toto umožnili vo vymedzenom letovom priestore, a zároveň my by sme im poskytli skúsenosti a výsledky tak, aby oni potom vedeli tú legislatívu upraviť.“ Zjednodušene povedané, ide o lety bez priameho vizuálneho kontaktu.

Potvrdzuje to aj Jozef Rodina. „Takýto projekt si vyžaduje hlavne veľa testovania a lietania, čo je vzhľadom na súčasný stav legislatívy na Slovensku pomerne náročné dosiahnuť,“ hovorí a takisto menuje hlavne BVLOS lety. „Z technického hľadiska ide o veci, s ktorými máme my, alebo naši partneri, dlhodobú skúsenosť.“

Svet s dronmi je nevyhnutná budúcnosť
Zrejme nie je ďaleko čas, keď sa drony stanú bežnou súčasťou našich životov, ako sú autá alebo lietadlá. „Tie technológie sem prídu, či sa nám to páči alebo nie. Dôležité bude stať sa súčasťou tejto komunity tak, aby u nás vyrastali experti,“ zdôrazňuje profesor Duchoň s tým, že práve toto sa snažia reflektovať a v rámci študijného programu Robotika a kybernetika zaviedli predmet Lietajúce robotické systémy. „Európska únia vydala odhad, že do roku 2035 vznikne v Európe nových 100-tisíc pracovných miest, ktoré budú špecificky viazané na oblasť dronov, ich vývoja a riadenia ich prevádzky. Celý trh by pritom mal mať objem asi 10 miliárd eur, rozhodne teda nepôjde o zanedbateľnú oblasť,“ opisuje. „A veľmi pozorne sledujeme aj iniciatívu Izraela pod názvom NAAMA (hebrejský akronym pre mestskú leteckú dopravu). Tá u nich spojila relevantné subjekty, ktoré spoločne vybudovali UTM (riadenie prevádzky systému bezpilotných lietadiel) a funguje im to. Počas víkendu dokážu vykonať stovky letov v priestore mesta Tel Aviv a bezpečne dopravovať požadované tovary,“ objasňuje s tým, že naposledy prezentovali okrem iného donášku sushi a zmrzliny. „Ich cieľom je spoločne s ostatnými krajinami vytvoriť riadený letový priestor pre drony. Čiže aj toto svedčí o tom, že vyspelé krajiny túto oblasť berú naozaj vážne.“

Na dronovom trhu podľa Jozefa Rodinu vo všeobecnosti nastáva konsolidácia, kde je vidieť, ktoré aplikácie majú zmysel, hlavne ekonomický, a ktoré nie. „Mnohé budú vyžadovať zavedenie vyspelých UTM systémov. Očakávam, že práve toto prinesie rast v aplikáciách dronov,“ vysvetľuje s tým, že čo sa týka aplikácií, podľa jeho osobného názoru pôjde hlavne o prepravu tovaru a rôzne aplikácie autonómnych dronov, ako napríklad ochrana a monitorovanie priemyselných objektov, inšpekcie a podobne.

Výsledok závisí od viacerých faktorov
Kedy reálne uvidíme náš prvý slovenský dron v prevádzke? „Žiaľ, tá nezávisí len od nás a nášho vývoja,“ hovorí profesor Duchoň a zdôrazňuje, že pre nich je najbližším míľnikom budúca jar, kedy začnú vykonávať prvé lety. „Projekt by mal byť ukončený v roku 2023, a vtedy by sme chceli mať v rukách naozaj komerčne nasaditeľný systém. STU však nemôže zabezpečovať prevádzku takéhoto systému, preto budeme musieť na záver projektu nájsť komerčného partnera, ktorý toho bude schopný.“

Jozef Rodina na záver dodáva, že samotný nosič začnú testovať na jar 2022. „Postupne začneme robiť systémovú integráciu jednotlivých častí, či už od nás, alebo od našich partnerov. Na základe tohto by sme mali, verím, že úspešne, tento projekt ukončiť.“

Text: Katarína Macková
Foto: Marián Tárník