Model redukcyjny reaguje wolniej, z dużą bezwładnością, dzięki czemu pozwala testować algorytmy w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. O różnicach między letnimi testami zespołu CEOP z Politechniki Morskiej na lekkim katamaranie a próbami na modelu zachowującym się jak prawdziwy kontenerowiec opowiada mgr inż. Tomasz Kapuściński.
Czym różnią się Wasze próby latem, wykonywane na małym bezzałogowym katamaranie, od ostatnich zdjęć z testów przy użyciu małego modelu statku?
W ramach projektu budowy i wyposażenia Centrum Eksploatacji Obiektów Pływających Politechniki Morskiej, zostały zbudowane i wyposażone dwa modele redukcyjne statków: kontenerowca i masowca. Mają tę cechę, że odzwierciedlają rzeczywiste zachowanie jednostki, czyli dryf, podatność na wiatr i fale, zależność manewrowości od zanurzenia. Ale przede wszystkim bezwładność. Na innych naszych dronach USV, silniki mają taką moc w stosunku do masy jednostki, że możemy się zatrzymać prawie w miejscu i obrócić w dowolną stronę w ciągu kilku sekund. Model redukcyjny zachowuje się jak prawdziwy, czterystumetrowy kontenerowiec – powoli reaguje na stery i silniki, a przy gwałtownych manewrach na pełnej mocy niebezpiecznie się przechyla. To najbliższe rzeczywistych warunki do testowania rozwiązań zdalnego sterowania lub autonomii. Już od dawna wszystkie algorytmy, które testujemy na dronie USV testujemy też na modelach redukcyjnych. W końcu większość z naszych pomysłów jest przeznaczona do rzeczywistych zastosowań w realnej żegludze. Tak było i tym razem, sprawdzaliśmy jak zachowują się nasze rozwiązania w warunkach dynamiki prawdziwego statku.
Jak w praktyce rozwiązaliście nawigację w porcie, zwłaszcza w warunkach ograniczonej widzialności? Czy sam radar wystarcza, czy potrzebne są dodatkowe sensory? W jaki sposób algorytm identyfikuje i śledzi punkty odniesienia w linii brzegowej, by określić własną pozycję? Czy udało się osiągnąć stabilne pozycjonowanie w sytuacjach o bardzo dużej zmienności warunków?
Nie mamy jeszcze gotowego zestawu rozwiązań do pozycjonowania jednostki w porcie. Nazywamy to roboczo ‘pływający iRobot’, ponieważ jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie algorytmów z odkurzaczy samobieżnych, gdzie zestaw lidarów i kamer buduje sobie mapę pomieszczenia, po którym potem porusza się obiekt. Są jednak różnice w użyciu tych metod dla jednostki, która ciągle porusza się po tym samym porcie (holowniki, jednostki serwisowe, drony monitorujące) a statku, który wchodzi pierwszy raz do portu i chcemy, aby sam podszedł do stanowiska cumowania. Tam nie mamy czasu na stworzenie mapy, od razu chcemy płynąć do celu. Na razie sprawdzamy różne zachowania lidarów, ich zasięg, reakcję na odbicia od wody i fuzję sygnałów z kamerami. W kolejce czekają mapy elektroniczne, radar i GPS RTK, ale powoli idziemy do celu – do budowy systemu samodzielnej jednostki poruszającej się na ograniczonym akwenie.
Dalsza część artykułu pod osadzoną treścią LinkedIn
Jakie największe niespodzianki pojawiły się podczas testów modelu?
Nie nazwałbym ich niespodziankami, ponieważ wiedzieliśmy że dynamika dużego statku mocno różni się od drona USV, ale czymś innym jest na żywo doświadczyć opóźnień w reakcji na stery i silniki. Na ograniczonym akwenie pojawia się pokusa żeby przejąć sterowanie ręczne i mocniej zapracować, aby wymusić reakcję, którą chcieliśmy zobaczyć. Ale nie chcemy pracować w rzeczywistości skrajnymi nastawami, ponieważ na prawdziwym statku nie tak się manewruje.
Czy testy modeli pomagają w szybkim prototypowaniu algorytmów, zanim trafią na jednostkę pełnowymiarową?
Oczywiście. Unikałbym określenia ‘szybkie prototypowanie’, ale na pewno te modele pozwalają na większe tempo prac niż wynajmowanie pełnowymiarowej jednostki i instalacja automatyki na prawdziwym mostku, która pozwalałaby na tego typu testy. To jest możliwe, ale logistycznie ogromnie trudne. Nasze modele to prawdziwy gamechanger w tego typu projektach.
Co model redukcyjny pozwala zauważyć, czego nie da się łatwo uchwycić w symulacji komputerowej?
Nie mamy w CEOP do dyspozycji symulatora, który odzwierciedlałby 1:1 fizykę warunków zewnętrznych i jednostki. Mamy na Politechnice wysokiej klasy symulatory, ale są one w ciągłej pracy w trybie studenci – kursy zawodowe – projekty. Nie ma gdzie wcisnąć naszych testów, a modele i akwen mamy pod nosem. Pływamy kiedy chcemy i pozwala pogoda.
Czy widzi Pan scenariusz, w którym autonomiczne jednostki będą powszechne w regularnym ruchu portowym?
Jakie największe wyzwania stoją przed autonomiczną żeglugą w portach i na wodach śródlądowych?
Ciekawe i w rzeczywistości złożone pytanie. Jeśli zamkniemy oczy i wyobrazimy sobie akwen na którym poruszają się jednostki bezzałogowe, załogowe i zdalnie sterowane, a każda z nich ma swoje zadanie i jest legalnie dopuszczona do ruchu, to taki świat musi być gotowy od strony prawnej, ubezpieczeń, scenariuszy bezpieczeństwa oraz – co jest już akurat najbardziej zaawansowane – technologii. Takie jednostki istnieją już dzisiaj, ale nie ma rozwiązań prawnych i regulacyjnych pozwalających na ich szerokie wykorzystanie. Ale spójrzmy na branżę samochodów – pomimo tego, że technologia jest gotowa od wielu lat, wciąż nie ma powszechnej adopcji tych rozwiązań od strony prawa i przepisów. My jednak pracujemy nad technicznym aspektem rozwiązań wypracowanych przez Polską uczelnię, dostępnych dla Polskich firm, dla których tzw. dual usage (czyli płynne przejście z zastosowań cywilnych do militarnych) jest technicznie możliwy . I krok po kroku tam idziemy z zespołem.
fot: archiwum prywatne, Tomasz Kapuściński