Doktoranci z Politechniki Wrocławskiej najlepsi w programowaniu roju autonomicznych dronów

Radosław Grymin i Piotr Semberecki, doktoranci na Wydziale Elektroniki Politechnik Wrocławskiej, zajęli pierwsze miejsce w zawodach programowania roju autonomicznych dronów. Konkurs odbył się na Politechnice Czeskiej w Pradze w ramach szkoły letniej prowadzonej przez światową organizację IEEE RAS.

Institute of Electrical and Electronics Engineers Robotics and Automation Society (IEEE RAS) to prestiżowe, międzynarodowe stowarzyszenie zrzeszające elektryków i elektroników, które zajmuje się rozwojem automatyki i robotyki. Działa w 65 krajach, skupiając w sumie ponad 15 tys. osób. Od 2016 r. stowarzyszenie organizuje także szkoły letnie dotyczące systemów wielorobotycznych, w trakcie których przedstawiane są przede wszystkim najbardziej nowatorskie podejścia do rozwiązywania problemów dotyczących sterowania tzw. roju, ławicy robotów.

– Motywem przewodnim tegorocznej szkoły była współpraca grupy dronów, dzięki której jest możliwe efektywne wykonywanie powierzonych im zadań. To obecnie jedno z trudniejszych zagadnień w świecie robotyki. Dlatego w wydarzeniu udział wzięli światowej sławy eksperci, którzy w trakcie wykładów i laboratoriów dzielili się swoimi doświadczeniami – mówi Radosław Grymin.

Poprawić skuteczność roju

Konkurs organizowany w trakcie szkoły letniej polegał na udoskonaleniu algorytmu planowania trajektorii dla dwóch autonomicznych dronów, których zadaniem była inspekcja zadanych obszarów. Na początku uczestnicy otrzymali od organizatorów podstawową wersję oprogramowania wraz z symulatorem, na którym mogli testować swoje rozwiązania.

– Naszym zadaniem było zmodyfikowanie oprogramowania i opracowanie algorytmu, który pozwoliłby dronom na jak najszybszą inspekcję określonych miejsc. W trakcie wykonywania zadania, najpierw były wyliczane trajektorie ruchu, a następnie roboty musiały je zrealizować. Zauważyliśmy, że skręty powodowały znaczne spowalnianie dronów, dlatego jednym z ważnych elementów naszego algorytmu było wyprostowanie trajektorii na niektórych odcinkach, co pozwoliło nam odnieść sukces – tłumaczy Piotr Semberecki.

(fot. Tomáš Báča z zespołu Martina Saski "Multi Robot Systems" z Politechniki Czeskiej w Pradze, www.facebook.com/MartinSaskaMultiRobotSystems/)

Ostatniego dnia szkoły odbyły się właściwe zawody, w trakcie których uczestnicy mieli możliwość przetestowania swoich rozwiązań już nie symulatorach, a na rzeczywistych dronach. Algorytm naszych doktorantów okazał się najbardziej skuteczny. W walce o zwycięstwo pokonali m.in. uczestników z Niemieckiej Agencji Kosmicznej, Uniwersytetu Cornella (USA) i Uniwersytetu Oksfordziego (Wielka Brytania). Warto dodać, że byli jedynymi Polakami, którzy brali udział w rywalizacji.

– Zwycięstwo w tych zawodach to duże osiągniecie, bo bardzo wiele osób nie było w stanie w ciągu zaledwie kilku dni przygotować odpowiedniego algorytmu. Nasze rozwiązanie spotkało się z aprobatą ze strony organizatorów i nie jest wykluczone, że nasze pomysły będą przez nich rozwijane – zaznacza Radosław Grymin.

Drony nie tylko inspekcyjne

Technologia sterowania rojem robotów jest obecnie wykorzystywana nie tylko przez roboty inspekcyjne, lecz także w logistyce. – W dużych magazynach firmy Amazon roboty są przystosowane np. do przenoszenia paczek. Działają tam w systemie rozproszonym i muszą być w tym celu zaimplementowane odpowiednie algorytmy, żeby pracować efektywnie i unikać kolizji. W przyszłości z tych algorytmów będą też zapewne korzystały floty autonomicznych samochodów – dodaje Piotr Semberecki.

Obecnie nasi młodzi naukowcy zawodowo zajmują się przygotowaniem oprogramowania dla pojedynczego, komercyjnego samochodu autonomicznego.

W swojej pracy doktorskiej pisanej pod kierunkiem prof. Wojciecha Bożejki, Radosław Grymin skupia się z kolei na problemach związanych z autonomicznymi dronami w tym m.in. szeregowaniem obszarów oraz wyborem miejsc, w których roboty autonomiczne muszą przeprowadzić inspekcję. Z kolei Piotr Semberecki, którego praca doktorska powstaje pod kierunkiem prof. Henryka Maciejewskiego bada kwestie uczenia maszynowego. W szczególności zajmuje się uczeniem ze wzmocnieniem (Reinforcement Learning), w którym agenci/roboty uczą się rozwiązywać zadania poprzez interakcję m.in. w symulowanym środowisku.

(fot. Tomáš Báča z zespołu Martina Saski "Multi Robot Systems" z Politechniki Czeskiej w Pradze, www.facebook.com/MartinSaskaMultiRobotSystems/)

Obaj brali już wcześniej udział w szkołach letnich. Radosław Grymin był w 2017 roku na Tajwanie na Narodowym Uniwersytecie Chung Hsing, gdzie zajmował się m.in. modelowaniem brył i wykorzystywaniem narzędzi do druku 3D.  – W 2018 roku w Meksyku współprowadziłem także warsztaty z optymalizacji dla architektów o nazwie "Recalibrating Architectural Design Optimization" na uczelni UNAM. Były to warsztaty formą bardzo przypominające szkołę letnią, współprowadziłem je ze światowym ekspertem w dziedzinie optymalizacji w architekturze Thomasem Wortmannem – dodaje Radosław Grymin.

Piotr Semberecki uczestniczył natomiast w Deep Learning and Reinforcement Learning Summer School 2018 w Kanadzie, gdzie były poruszane różne kwestie związane z uczeniem maszynowym przez czołowych naukowców z tej dziedziny (m.in. Yoshua Bengio, Richard Sutton i Geoffrey Hinton).