Denník N

Slovenský robotik o misii na Etne: Testovali sme rover na prieskum zemetrasení na Mesiaci

Foto N – Tomáš Benedikovič
Foto N – Tomáš Benedikovič

Robotik Michal Smíšek pracuje aj na vývoji robotov, ktoré by sa dali využiť na prácu po prírodných katastrofách. Vyvíja tiež robot lezúň (crawler), ktorého konštrukcia je inšpirovaná hmyzom.

V rozhovore sa dočítate: 

  • prečo by sme mali chcieť ísť na Mars a či sa oplatí ťažiť nerasty na iných planétach,
  • aký je vzťah robotika k sci-fi,
  • v čom spočívala simulovaná lunárna misia na Etne, ktorej sa Smíšek zúčastnil,
  • aké roboty v Nemeckej vesmírnej agentúre vyvíjajú,
  • ako by sa roboty dali využiť na prácu po prírodných katastrofách,
  • prečo Smíšek odišiel zo Slovenska a či má v pláne vrátiť sa,
  • či Európska vesmírna agentúra zaostáva za NASA,
  • o názoroch robotika na prvú slovenskú družicu skCUBE.

Čo si myslíte o aktivitách Elona Muska vydať sa na Mars?

Elon Musk je vplyvný vizionár. Tvrdo pracuje a vidieť za ním výsledky, to je vzácna kombinácia. Jeho ambícia osídliť Mars ľuďmi sa pravdepodobne nedá dosiahnuť do roku 2030, ale v dohľadnom čase by to šlo.

Prečo by sme mali chcieť ísť na Mars?

Mojou odpoveďou je obyčajná zvedavosť. Tá zvedavosť, ktorá viedla našich predkov k preskúmaniu a osídleniu toho, čo našli vždy za ďalším kopcom, ďalšou riekou, morom či oceánom. Dnes, keď je naša planéta prakticky preskúmaná a kolonizovaná, ľudí zaujíma, čo je za ďalším mesiacom, planétou či hviezdou. Zaujímavé je, že vždy v minulosti po geografickej expanzii nasledovala ako riešenie nových výziev aj expanzia poznania, technologickej vyspelosti, politickej vyspelosti a morálky. Podobný vývoj sa podľa mňa dá očakávať aj v budúcnosti.

Objavujú sa názory, že by sme na Marse či inde vo vesmíre mohli ťažiť nerasty. Čo si o tom myslíte?

Budem parafrázovať Elona Muska, ktorý vyrátal, že ani keby sme na Marse našli čistý kokaín – čo je látka, ktorá má najvyššiu cenu na gram hmotnosti – tak by sa nám ju na Zem odtiaľ z hľadiska efektivity neoplatilo dovážať. Iný prípad by bol, ak by sme chceli vyrábať nejaké produkty – prístroje, vozidlá či budovy – priamo na povrchoch planét. Vtedy by bolo efektívnejšie využiť miestne zdroje ako dovážať suroviny zo Zeme. Trochu sa hovorí o pásme asteroidov medzi Marsom a Jupiterom. Sú tam objekty rôzneho chemického zloženia a predpokladá sa, že obsahujú zlato, platinu a iné kovy. Ak by sme konštruovali väčšie vesmírne plavidlá priamo vo voľnom vesmíre – v akýchsi orbitálnych fabrikách – ťažiť v pásme asteroidov by sa mohlo javiť ako efektívne. Ale stále je to z ríše sci-fi.

MICHAL SMÍŠEK (1987)

je robotik a matematik. Pracuje v Nemeckej vesmírnej agentúre na Inštitúte robotiky a mechatroniky. Zaoberá sa vývojom senzorov pre roboty, ktoré sú určené na prieskum planetárnych povrchov a iných človeku ťažko dostupných lokalít. V roku 2016 a 2017 bol na simulovanej lunárnej misii na sicílskej Etne, kde testovali pripravenosť svojho rovera na seizmologický prieskum povrchu Mesiaca. Na Slovensku vystúpil s prednáškou Roboty v službách prieskumu slnečnej sústavy, ktorú organizovalo Národné centrum pre popularizáciu vedy a techniky pri CVTI SR. 

Ste fanúšikom sci-fi?

Tak ako mnohí moji kolegovia, aj ja som do určitej miery produktom sci-fi. Informatiku som sa rozhodol študovať po tom, čo som videl film Matrix. Je na ňom zaujímavé, že ak žijeme v simulácii, neexistuje asi žiaden spôsob, ako to zistiť. Napriek tomu v Matrixe vystupuje skupina hakerov, ktorí sa v jeho pevnej logike snažia hľadať trhliny a zistiť, ako to vyzerá mimo neho. Toto ma fascinovalo a stále fascinuje. Vo všeobecnosti vzťah medzi autormi sci-fi a vesmírnymi inžiniermi považujem za vzájomne prospešný. Diela jedných sú hnacím palivom pre druhých.

Na Etne v roku 2016 s planetárnym roverom, robotom LRU. Foto – archív M. S.

Pred dvomi rokmi sa veľa debatovalo o sci-fi filme Marťan, v ktorom sa hlavný hrdina v podaní Matta Damona ocitne sám na Marse a snaží sa prežiť rôzne nástrahy. Ako na vás film zapôsobil?

Film som do konca nedopozeral, lebo ma iritoval.

Prečo?

Knihu som prečítal celú. Vystupoval v nej indický odborník Venkat a hnevalo ma, že vo filme z neho spravili Vincenta, a nehral ho Ind, ale mulat. S čím má Hollywood problém? Vo vesmírnych agentúrach som mal možnosť spolupracovať s viacerými odborníkmi z Indie a všetci odvádzali výbornú inžiniersku prácu. Preto mi rozhodnutie filmárov nepriznať tento fakt pripadalo ako rasistické a nesprávne. Čo sa týka knihy, medzi vesmírnymi inžiniermi sa teší mimoriadnej obľube. Andy Weir, autor knihy, toho o vesmírnych technológiách vie pomerne veľa. Už neraz sa mi pri odbornej diskusii stalo, že najlepšie som myšlienku vedel opísať práve parafrázovaním určitej pasáže z knihy Marťan.

Vedeli by sme na Marse vypestovať zemiaky tak, ako to robia vo filme Marťan?

Ak má existovať trvalé osídlenie Marsu ľuďmi, poľnohospodárstvo je jeden z mnohých problémov, ktoré musíme vyriešiť. Atmosféra je riedka a má pre pozemské rastliny nesprávne chemické zloženie. Chýba tam voda v dostatočnom objeme. Mars je ďalej od Slnka ako Zem, a teda efektivita slnečného svetla je nižšia. Pôde chýbajú živiny. Vo filme Marťan to bolo riešené tak, že hlavný hrdina premenil väčšinu plochy habitatu určeného pre päť osôb na akýsi skleník a pôdu zúrodnil zmiešaním s hnojivom, ktoré spravil z materiálu z chemických záchodov. Toto by principiálne mohlo fungovať.

Obráťme list na vašu prácu, nedávno ste sa vrátili zo simulovanej lunárnej misie na Etne. Čo ste tam robili?

Na Etne sme boli dvakrát, prvýkrát v roku 2016 na desať dní a v roku 2017 štyri týždne. Boli sme pod vrcholom Etny vo výške asi 2600 metrov nad morom. Etnu sme si vybrali, lebo ide o prostredie, ktoré sa v rámci Európy najviac podobá na to mesačné z hľadiska geologického zloženia a seizmických aktivít. Našou úlohou bolo ukázať, ako by bol planetárny rover, ktorý vyvíjame, pripravený robiť seizmologický prieskum na povrchu Mesiaca.

Robotická seizmologická misia na Etne v roku 2017. Foto – archív M. S.

Na Mesiaci je nejaká seizmická aktivita?

Áno, počas misie Apollo sa pozorovalo, že na Mesiaci neustále prebiehajú zemetrasenia. Ide o jav, ktorému celkom dobre nerozumieme, lebo sa predpokladá, že Mesiac má – na rozdiel od Zeme – tuhé jadro. Myslíme si, že tam nie sú roztavené horniny, ktoré sa premiestňujú, čo je to, čo na Zemi spôsobuje zemetrasenia. Preto chceme porozumieť tomu, ako je možné, že k takýmto seizmickým aktivitám na Mesiaci vôbec dochádza.

Zatiaľ to nevieme?

Zatiaľ nie. Vieme iba toľko, že k nim dochádza. Aby sme im porozumeli, potrebujeme ich lokalizovať. A na to potrebujeme na Mesiaci rozmiestniť viacero seizmologických meracích zariadení. Lenže je tam logistický problém: naposledy bol na Mesiaci Eugene Cernan v roku 1972 a v súčasnosti nie sú v krátkodobom pláne lunárne misie s ľudskou posádkou, ktorá by tam mohla túto seizmologickú misiu zrealizovať. U nás, na inštitúte robotiky, ponúkame alternatívne riešenie: poslali by sme tam robot, ktorý by vedel ľudského operátora seizmologických zariadení nahradiť.

Ako prebiehal váš výskum na Etne?

Úlohou nášho planetárneho rovera, robota LRU, bolo čiastočne autonómne zrealizovať dva seizmologické experimenty. Prvý z nich spočíval v tom, že robot pozdĺž pomyselnej úsečky rozmiestnil seizmologické meracie prístroje. Keď geológ udrel na jednej strane úsečky kladivom do zeme, merali sme rýchlosť priebehu zvukovej vlny naprieč meracími prístrojmi. Tento experiment sme nazvali aktívny seizmický test. Pri druhom experimente mal robot za úlohu umiestniť do tvaru hviezdice štyri meracie prístroje. Merali sme priestorový zdroj v troch rozmeroch pôvodu seizmologických aktivít. V tomto prípade sme do zeme neudierali kladivom, ale čakali sme na samovoľnú aktivitu Etny, takže sme tento experiment pomenovali ako pasívny seizmický test.

V čom konkrétne spočívala vaša práca?

Pracujem na oddelení senzoriky a som zodpovedný za senzory. Senzory sú prístroje, ktorými robot vníma svoje okolie. Náš robot, ktorý sme testovali na Etne, má dve čiernobiele kamery, ktoré používa na 3D vnímanie sveta, a jednu farebnú kameru. Okrem toho obsahuje prístroj IMU (z angl. Inertia Measurement Unit). Ide o zariadenie, ktoré sa podobá na ľudské stredné ucho. Má tri akcelerometre v troch osiach, čím meria zrýchlenie, a tri gyroskopy, čím meria rotáciu. Robot vie taktiež merať, koľkokrát otočí kolesami, z čoho vieme vypočítať, akú vzdialenosť približne prešiel.

V roku 2017 sme taktiež na Etnu priviezli záložný rover so senzorickou jednotkou ScienceCam, ktorá nesie pokročilé optické senzory, ako termálnu kameru alebo hyperspektrálne kamery. Som zodpovedný za správne nastavenie senzorov, čiže za to, aby údaje zo senzorov správne interpretovali okolité prostredie. Tomuto problému hovoríme kalibrácia a registrácia senzorov. V mojej kompetencii je aj zaistiť synergickú kooperáciu informácií z viacerých senzorov v prípade, že všetky fungujú, a kompenzačnú súčinnosť v prípade, ak jeden z nich funguje nesprávne alebo zlyhá. Tomuto problému hovoríme fúzia senzorov.

Aké boli výsledky výskumu na Etne?

Ukázali sme, že náš rover dokáže zrealizovať seizmologickú misiu v prostredí, ktoré sa najviac podobá na to mesačné. Projekt bol teda úspešný. Okrem toho sme využili zvyšný čas na vulkáne na otestovanie ďalších robotických aktivít, ako sú zber vzoriek pôdy a kooperácia tímu robotov. V najbližších mesiacoch sa mnohí z nás budú venovať analýze dát, publikácii výsledkov a plánovaniu ďalšieho postupu.

Na Etne v roku 2017. Servis senzorickej jednotky ScienceCam, ktorá nesie pokročilé optické senzory. Celkom vpravo Armin Wedler, šéf laboratória mobilných robotov. Foto – archív M. S.

S vaším robotom by sa dalo zajtra vyletieť na Mesiac?

Rover LRU, ktorý bol s nami na Etne, je prototyp. Prototypy staviame z komerčne dostupných komponentov, čo má mnoho výhod, ako je dostupnosť či cena. Nevýhodou je, že komponenty určené na fungovanie na Zemi nie sú schopné ustáť obrovské množstvo radiácie, ktorá sa nachádza vo vesmírnom priestore bez atmosféry, ako je napríklad povrch Mesiaca. Pre ozajstnú vesmírnu misiu by bolo treba vymeniť viacero súčiastok robota za také, ktoré sú špeciálne certifikované na fungovanie vo vesmírnom priestore.

Spolupracovali sme aj na inom roveri, o ktorom bude viac počuť v roku 2020, počas druhej fázy európskej misie ExoMars. Prebiehajú posledné konštrukčné práce a my dúfame, že koncom roku 2020 sa nám tento robot ozve z povrchu Marsu a pridá sa k dvom americkým roverom Opportunity a Curiosity, ktoré tam momentálne rolujú.

Ako sa roboty, ktoré vyvíjate, dajú využiť aj na prácu po prírodných katastrofách?

Katastrofické scenáre, o ktorých uvažujeme, sú rôznorodé: ničivé zemetrasenie, vlna cunami, výbuch sopky, požiar, havária v oceánskom priestore, havária jadrovej elektrárne. Prípady použitia mobilných robotov v týchto scenároch sú taktiež rôznorodé a dalo by sa o tom hovoriť dlhšie. Typicky ide o súslednosť krokov, ktorá pozostáva z preskúmania oblasti postihnutej katastrofou, jej zmapovania, analýzy rizík, prevencie ďalšieho šírenia katastrofy a záchrany obetí. Robotika v tomto desaťročí začala písať históriu úspešných zásahov: pri katastrofe v Mexickom zálive na vrtnej plošine Deepwater Horizon v roku 2010 alebo pri havárii jadrovej elektrárne Fukušima v roku 2011 bolo nasadenie robotov kľúčové.

Systém crawler. Foto – archív M. S.

Na akých iných robotoch vo vašom inštitúte pracujete?

Máme aj roboty, ktoré sa pohybujú iným spôsobom ako na kolesách. Alternatívny spôsob pohybu predstavujú drony, my im hovoríme koptéry. Naša koptéra sa volá Ardea a má šesť vrtúľ, čiže ide o hexakoptéru. Ide o relatívne malý, vysoko mobilný systém, ktorý dokáže rýchlo zmapovať veľký priestor. Na druhej strane, energeticky nie je letecký pohyb až taký výhodný ako pohyb rovera na kolesách. Ďalším robotom je lezúň, v angličtine crawler. Jeho konštrukcia je inšpirovaná hmyzom. Pohybuje sa po šiestich nohách a má dve kamery. Taký pohyb má tú výhodu, že robot dokáže preskúmať aj ťažko dostupné priestory.

Budú v budúcnosti práve takéto roboty skúmať povrch cudzích planét?

Doposiaľ jediný typ mobilného robota, ktorý skúmal planetárny povrch, bol rover. Oba americké rovery na Marse slúžia oveľa dlhšie, ako sa pôvodne predpokladalo. Je to aj preto, lebo obe misie sú riadené pomerne konzervatívne – roboty sa pohybujú po čo najrovnejšom povrchu, čo je relatívne bezpečné. Avšak vzhľadom na nedávne zistenia o histórii Marsu sa javí, že by sme sa naviac dozvedeli, keby sme nechali tieto rovery zostúpiť do oblastí ako rokliny, jaskyne, dná kráterov alebo lávové tunely. Ide o rizikovejšie oblasti, kde hrozí poškodenie alebo strata rovera, čo by znamenalo koniec misie. V poslednom čase sa čoraz vážnejšie hovorí o koncepte, keď by prieskum planetárneho povrchu nemal na starosti iba jeden robot, ale celý tím. V tíme by boli rôznorodé roboty, aby využili svoje odlišnosti a kompenzovali svoje individuálne nevýhody. Uvažuje sa napríklad o planetárnom roveri, ktorý by so sebou niesol malú helikoptéru alebo lezúňa. V prípade, že takáto objednávka z Európskej vesmírnej agentúry príde, snažíme sa na to byť u nás na inštitúte pripravení.

Na Etne v roku 2016. Na sníme robot LRU2. Foto – archív M. S.

Čo teraz spomínané rovery na Marse robia?

Kým starší a menší systém Opportunity je v princípe pojazdné geologické laboratórium, novší a väčší Curiosity je zasa pojazdné biologické laboratórium. Úlohou oboch týchto vozidiel je predovšetkým analyzovať, či sa na Marse nachádza život, alebo sa tam aspoň nachádzal v minulosti. Z nedávnych zistení vyplýva, že v minulosti mal Mars silnejšie magnetické pole a hustejšiu atmosféru. Preto tam teplota mohla byť menej extrémna a mohla sa tam nachádzať voda v tekutom skupenstve. V nej mohol existovať život. Takisto nie je vylúčené, že sa tam nachádzajú živé bytosti aj teraz: na póloch sa nachádza ľad, o ktorom sa predpokladá, že je v určitých miestach roztopený. Ak to je tak, potom chceme hľadať práve tu. Priame dôkazy života na Marse však nemáme, a taktiež ani dôkazy o živote na Marse v minulosti.

Riaditeľ Európskej vesmírnej agentúry (ESA) Johann-Dietrich Wörner nám v rozhovore povedal, že v pláne je takzvaná mesačná dedina (Moon Village). V akom štádiu sa dnes projekt nachádza?

Stále ide o pomerne hmlistú víziu, avšak ľudí tá myšlienka baví, takže sa na nej pracuje. Momentálny koncept je taký, že by sa v prvej fáze postavila lunárna orbitálna stanica. Následne by na povrchu Mesiaca pristáli robustné rovery, ktoré by boli pomerne autonómne, dali by sa ovládať posádkou sediacou vo vnútri a na kratší čas niekoľkých dní by sa v nich dalo bývať. V poslednej fáze by spojením orbitálneho a planetárneho riadenia bola skonštruovaná pozemná lunárna stanica.

Ako je na tom Európska vesmírna agentúra v porovnaní s NASA?

NASA je na tom lepšie, lebo má väčší rozpočet a jej história je dlhšia. Vznik NASA sa viaže k roku 1958, keď americký prezident John Fitzgerald Kennedy v texaskom Austine vyhlásil, že do desiatich rokov spočinie noha Američana na povrchu Mesiaca. NASA trvalo len 11 rokov, kým spravila „významný krok pre ľudstvo“ a v roku 1969 dostala po prvý raz človeka na Mesiac. NASA napredovala, lebo jej výskum ťažil z politickej motivácie, zúrila totiž studená vojna. V roku 1958 mal už Sovietsky zväz vonku prvý človekom zostavený orbitálny objekt, ktorý obiehal okolo Zeme, a vo vesmíre mali aj prvého človeka, Jurija Gagarina. Američania to videli ako potenciálne bojisko v oblasti vojenských technológií. Európska vesmírna agentúra vznikla v roku 1975, čiže o skoro 20 rokov neskôr ako NASA. Nikdy nemala takú politickú motiváciu. Na druhej strane, Európska vesmírna agentúra má za sebou aj veľké úspechy. Obzvlášť treba vyzdvihnúť jej význam na poli vesmírnej diplomacie. Zaslúžila sa o to, že na Medzinárodnej vesmírnej stanici spolupracujú astronómovia z mnohých krajín. Úspechom bolo aj pristátie prvého človekom vyrobeného zariadenia, modulu Philae, na kométe v roku 2014.

Pristávací manéver však nedopadol dobre.

Áno, zlyhali harpúny, takže sa modul neprichytil o kométu. Analyzuje sa, prečo sa to stalo. Každopádne to, čo sme sa vďaka Philae dozvedeli o charaktere kométy, bolo z vedeckého hľadiska veľmi prínosné.

Detail na ScienceCam. Zo stredu von: farebná kamera, dve čiernobiele kamery, termálna kamera, kamera s vysokým rozlíšením, hyperspektrálne kamery s rotačným barelom filtrov (Etna 2017). Foto – archív M. S.

Čo si myslíte o stave, že nie sme plnoprávnym členom Európskej vesmírnej agentúry, a stále máme štatút len „európskeho spolupracujúceho štátu“?

Som človek, ktorý emigroval zo Slovenska s cieľom nájsť si svoje miesto vo vesmírnom výskume, a v dohľadnom čase nemám v pláne vrátiť sa. Preto si o tom nemusím myslieť nič. Rozhodnutie, či sú Slováci ochotní sa podieľať na európskom vesmírnom programe, je politického charakteru, a je preto v rukách voličov a politikov. Je na nich, aby zvážili, či je toto vhodná investícia energie a peňazí, pretože z členstva plynú isté finančné záväzky. Upozorňujem však, že každý deň, ktorý Slovensko nie je členom Európskej vesmírnej agentúry, sa bude v budúcnosti dobiehať čoraz ťažšie, keďže svetové vesmírne technológie napredujú vďaka existujúcej infraštruktúre a financovaniu rýchlejšie ako slovenské. Možno tiež predpokladať, že všeobecný nezáujem Slovákov o finančnú a infraštrukturálnu podporu vedy a výskumu bude kritický odliv mozgov do zahraničia každým rokom iba prehlbovať. Nedá mi taktiež nespomenúť, že, na rozdiel od Slovenska, členskými štátmi Európskej vesmírnej agentúry sú Česko, Poľsko, Maďarsko, Rumunsko či Bulharsko.

V ostatnom čase sa na Slovensku veľa hovorilo o prvej slovenskej družici skCUBE. Čo si o nej myslíte?

Z verejne dostupných informácií som nadobudol pocit, že projekt je rozumný, osobne ma veľmi potešil. Je výborné, že ho na Slovensku máme. Všimol som si aj to, že sa projekt kritizuje. To je principiálne dobré, lebo všetko, čo je čiastočne financované z verejných zdrojov, musí strpieť kritiku. Konštruktívna kritika je významným mechanizmom napredovania. Avšak všetka kritika, ktorú som zatiaľ na adresu skCUBE videl, mi nepripadala vecná.

Kritici projektu vytýkali nízky vedecký prínos a sťažovali sa, že význam družice sa preceňuje. Ako to vidíte vy?

Keď sa v médiách objavila správa o úspešnom vypustení a uchytení družice na orbite, boli sme akurát s kolegami na Etne. Po dlhom čase som im mohol o dianí na Slovensku spomenúť niečo naozaj pozitívne. Z môjho hľadiska vyzerá veľmi dobre, keď môžem v zahraničí vyhlásiť, že slovenská technologická scéna vie navrhovať a konštruovať vlastné senzorické komponenty, integrovať tieto prístroje do fungujúcej orbitálnej sondy, navrhovať relevantné vedecké experimenty a realizovať úspešné vypustenie na obežnú dráhu. O tomto je pre mňa, ako externého pozorovateľa, projekt skCUBE. Nebudem spomínať, že z čísiel, ktoré som videl, bol tento projekt zrealizovaný za neprimerane nízke náklady. K vedeckému prínosu sa neviem vyjadriť, lebo neviem, do akej miery sú nadoblačné blesky preskúmaný jav. Z technického hľadiska je prínos na lokálnej úrovni zrejmý – ťažko mu odoprieť, že išlo o prvú družicu zostrojenú na Slovensku.

[Tip na knihu: Věda podle abecedy od známeho popularizátora vedy, novinára českého Deníka N Petra Koubského.]

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na pripomienky@dennikn.sk.

Rozhovory

Technológie

Vesmír

Veda

Teraz najčítanejšie