Φως στο τούνελ: Ρομποτικοί διασώστες με Έλληνα προπονητή νίκησαν σε διαγωνισμό του Πενταγώνου

Θυμίζει τον διαγωνισμό του Survivor, μόνο που εδώ οι παίκτες είναι μηχανές: αυτόνομα ρομπότ από όλον τον κόσμο αναμετρήθηκαν στην εξερεύνηση σκοτεινών, υπόγειων χώρων, στο πλαίσιο ενός ασυνήθιστου διαγωνισμού που διήρκεσε τρεις σεζόν.

H αναμέτρηση της «Υπόγειας Δοκιμασίας» (Subterranean Challenge), την οποία οργάνωσε το ερευνητικό σκέλος του αμερικανικού υπουργείου Αμυνας, ανέδειξε νικητή στις 23 Σεπτεμβρίου τη διεθνή ομάδα CERBERUS, με επικεφαλής τον Κώστα Αλέξη, απόφοιτο του Πανεπιστημίου Πατρών και σήμερα καθηγητή του Νορβηγικού Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας.

Η ομάδα του θα λάβει ως έπαθλο πρόσθετη χρηματοδότηση δύο εκατομμυρίων δολαρίων, με απώτερο στόχο την ανάπτυξη μηχανών που αναζητούν επιζώντες σε ερείπια, βόμβες στο μετρό, ή αγνοούμενους σε στοές ορυχείων και σπήλαια.

Ο δρ Κώστας Αλέξης με τη ρομποτική του οικογένεια.

Τετράποδα και drones

«Για να κερδίσεις πόντους τα ρομπότ έπρεπε να αναγνωρίσουν σωστά μια σειρά από αντικείμενα και να αναφέρουν τη θέση τους με ακρίβεια 5 μέτρων» εξηγεί στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Αλέξης, του οποίου η ομάδα ανέπτυξε 12 ρομπότ, έναν συνδυασμό τετράποδων και μικρών drones.

Διαγωνίστηκαν σε τρεις ετήσιες δοκιμασίες, στις οποίες κλήθηκαν να εξερευνήσουν σπηλιές, ορυχεία και προσομοιώσεις υποδομών όπως σήραγγες του μετρό. Η δοκιμασία των σπηλαίων ακυρώθηκε πέρυσι λόγω πανδημίας, όμως τα ρομπότ διαγωνίστηκαν και στα τρία περιβάλλοντα στην τελική αναμέτρηση εφέτος. «Δεν πιστεύαμε ότι θα κερδίσουμε, αλλά ελπίζαμε σε μία από τις τρεις πρώτες θέσεις» λέει o αρχηγός των CERBERUS.

Το ρομπότ Anymal-C των Cerberus στον τελικό του διαγωνισμού

O διαγωνισμός χρηματοδοτήθηκε από την DARPA, την υπηρεσία προηγμένης αμυντικής έρευνας του Πενταγώνου, στην οποία αποδίδεται η ανάπτυξη καινοτομιών όπως το Διαδίκτυο, οι μετεωρολογικοί δορυφόροι και το GPS (είναι η μάλλον άγνωστη υπηρεσία που «διαμόρφωσε τον σύγχρονο κόσμο», όπως έγραφε τον Ιούλιο ο «Economist», επισημαίνοντας ότι η DARPA είχε χρηματοδοτήσει και τη Moderna στα πρώτα βήματα για την ανάπτυξη εμβολίων mRNA).

Ο δρ Αλέξης εξασφάλισε συμμετοχή όταν εργαζόταν ακόμη στο Πανεπιστήμιο της Νεβάδα στο Ρίνο, και έλαβε χρηματοδότηση 4,5 εκατ. δολαρίων για την ομάδα του, η οποία αποτελείται από 40 άτομα με συμμετοχές από μεγάλα ιδρύματα όπως το ETH Ζυρίχης και τα πανεπιστήμια της Οξφόρδης και του Μπέρκλεϊ. Ο ανταγωνισμός ήταν εξάλλου υψηλός, με υποψηφιότητες της NASA και του ΜΙΤ, του αυστραλιανού οργανισμού CSIRO και του Πανεπιστημίου Κάρνεγκι Μέλον, μεταξύ άλλων.

Οικογενειακή φωτογραφία για τα ανθρώπινα και μηχανικά μέλη των Cerberus

Περπατώντας και πετώντας

Οι τρεις δοκιμασίες πραγματοποιήθηκαν σε σπήλαια του Πίτσμπουργκ, ένα ανενεργό πυρηνικό εργοστάσιο στην Πολιτεία της Ουάσιγκτον και ένα  παλιό ορυχείο στο Κεντάκι. Σημείο αφετηρίας ήταν μια πόρτα που οδηγούσε στο άγνωστο, και μόνο ένας χειριστής από κάθε ομάδα μπορούσε να επικοινωνεί με τα ρομπότ. Η DARPA «διαμορφώνει το περιβάλλον με τέτοιον τρόπο ώστε οι επικοινωνίες να κόβονται μετά τα πρώτα 50-60 μέτρα, εκτός κι αν τα ίδια τα ρομπότ αναπτύξουν το δικό τους δίκτυο» αναφέρει ο δρ Αλέξης.

Στην τελική αναμέτρηση, η αγωνιστική διαδρομή χωριζόταν σε τρία ξεχωριστά περιβάλλοντα όπου κρύβονταν 40 αντικείμενα προς εντοπισμό: ένα ανδρείκελο στον ρόλο του επιζώντος, ένας σάκος πλάτης, ένα κινητό τηλέφωνο, ένα κράνος και ένα τρυπάνι, μεταξύ άλλων. Σύννεφα καπνού περιόριζαν την ορατότητα σε κάποια σημεία, ενώ ένα κλειστό δωμάτιο ήταν γεμάτο διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο έπρεπε να ανιχνεύσουν οι διαγωνιζόμενοι με ειδικό αισθητήρα.

Το Anymal-C σε πρόβες πριν από τον διαγωνισμό

Η ομάδα CERBERUS εντόπισε 23 από τα 40 αντικείμενα, όσα και η ομάδα του CSIRO, κέρδισε όμως το μεγάλο βραβείο επειδή ανέφερε πρώτη τη θέση του τελευταίου αντικειμένου. Ο δρ Αλέξης αποδίδει τη νίκη σε μια σειρά από παράγοντες: το κύριο ρομπότ της ομάδας, το Anymal-C, πέτυχε εξαιρετικές επιδόσεις σε δύσβατους χώρους και στενές περιοχές, παρόλο που η NASA και άλλες ομάδες χρησιμοποίησαν ένα διάσημο ρομπότ, το Spot της Boston Dynamics.

Το σύστημα μηχανικής όρασης, το οποίο περιλάμβανε κάμερες, υπέρυθρους αισθητήρες και LIDAR (ένα περιστρεφόμενο λέιζερ που σκανάρει τον χώρο μετρώντας αποστάσεις), δεν τυφλώθηκε από τα σύννεφα καπνού όπως άλλα ρομπότ. «Ενας άλλος λόγος είναι ότι η ομάδα μας δούλεψε και τα τρία χρόνια στην ίδια ιδέα, τη συνεργασία τετράποδων και ιπτάμενων ρομπότ» προσθέτει ο αρχηγός των CERBERUS.

Ηταν όμως και θέμα στρατηγικής, επισημαίνει: «Οταν εξερευνάς μια τοπολογία που μοιάζει με δέντρο, υπάρχουν δύο τρόποι να χαρτογραφήσεις τα κλαδιά. Η πρώτη προσέγγιση είναι να αρχίσεις από τον κορμό και να συνεχίσεις στα περιφερειακά κλαδιά, ο δεύτερος είναι να ακολουθήσεις πρώτα τα κεντρικά κλαδιά όσο πιο βαθιά γίνεται, πριν προχωρήσεις στην περιφέρεια». Η ομάδα των CERBERUS επέλεξε τη δεύτερη προσέγγιση και απέφυγε να στείλει εξαρχής τα ρομπότ στα βαθύτερα σημεία, όπου το δίκτυο Wi-Fi θα μπορούσε να κοπεί. «Αυτό μας επέτρεψε να μη χάνουμε τα δεδομένα των ρομπότ και να σκοράρουμε μέσα στον διαθέσιμο χρόνο» λέει.

Από τα ορυχεία στις σπηλιές του Αρη

Ο Κώστας Αλέξης και οι συνεργάτες του θα χρησιμοποιήσουν το χρηματικό έπαθλο του διαγωνισμού για να τελειοποιήσουν τα μηχανικά μέλη της ομάδας. Στη σημερινή τους μορφή τα ρομπότ λαμβάνουν ατομικές αποφάσεις στη χαρτογράφηση του χώρου, κάποια στιγμή όμως θα πρέπει να μάθουν να συνεννοούνται και στη λήψη τακτικών αποφάσεων, ώστε να απαλλαγούν από την ανάγκη για ανθρώπινο χειριστή, ή να του επιτρέψουν να χειρίζεται περισσότερα συστήματα ταυτόχρονα.

Οπως και άλλοι παρόμοιοι διαγωνισμοί της DARPA, το Subterranean Challenge είχε στόχο την επιτάχυνση της αξιοποίησης της ρομποτικής σε προβλήματα της πραγματικής ζωής και στρατιωτικές εφαρμογές. Οι ερευνητές ήταν πάντως ελεύθεροι να δημοσιεύσουν την εργασία τους και ο αλγόριθμος εξερεύνησης των CERBERUS, σημαντικό στοιχείο της επιτυχίας τους, είναι πλέον διαθέσιμος ως ανοιχτός κώδικας.

Μια πρώτη πιθανή εφαρμογή είναι η χαρτογράφηση ορυχείων: «Είχαμε συνεργαστεί και παλαιότερα με εταιρείες. Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για τη χαρτογράφηση αυτών των υποδομών» λέει ο δρ Αλέξης. Ρομπότ θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μεγάλα κατασκευαστικά έργα, μειώνοντας για παράδειγμα τον χρόνο που απαιτείται για επιθεωρήσεις.

Μια πιο εξωτική αποστολή ήταν το κίνητρο που οδήγησε στη συμμετοχή της NASA, και συγκεκριμένα του Εργαστηρίου Αεριώθησης (JPL) στην Καλιφόρνια. «Η ίδια ομάδα της NASA θέλει να στείλει ρομπότ στον Αρη» σημειώνει ο δρ Αλέξης, καθώς η αμερικανική διαστημική υπηρεσία σχεδιάζει την εξερεύνηση υπόγειων στοών που δημιουργήθηκαν από αρχαίες ροές λάβας. Μια μέρα οι στοές αυτές θα μπορούσαν να προσφέρουν καταφύγιο για την προστασία αστροναυτών από την επικίνδυνη ακτινοβολία της αρειανής επιφάνειας.

Εκτός από τον δρ Αλέξη, άλλοι συντελεστές της προσπάθειας ήταν οι Marco Hutter και Roland Siegwart του ETH Zurich, ο Mark Mueller του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, ο Maurice Fallon του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, ο Eelke Folmer του Πανεπιστημίου της Νεβάδα στο Ρίνο, ο  Adrien Briod της εταιρείας Flyability και εκπρόσωποι   της Sierra Nevada Corporation.

Έντυπη έκδοση Το Βήμα