Start - Orzeł wyląduje na Marsie
Orzeł wyląduje na Marsie

Paweł Polnik w ramach pracy magisterskiej opracował innowacyjny system sterowania robotem eksploracyjnym, którego nazwał Orzeł-7. Do przeprowadzenia badań stworzył na własnym podwórku tor testowy, symulujący warunki marsjańskie. Jego praca została doceniona i zajęła trzecie miejsce w konkursie o nagrodę Prezesa Polskiej Agencji Kosmicznej 2023.
Od zawsze interesował mnie temat łazików marsjańskich, dlatego postanowiłem stworzyć robota eksploracyjnego Orzeł-7, który został wydrukowany w technologii druku 3D – rozpoczyna opowieść Paweł Polnik, 27-latek pochodzący z Wodzisławia Śląskiego. Na Politechnice Śląskiej ukończył studia inżynierskie i magisterskie na kierunku Automatyka i Robotyka. Należy także do koła naukowego SKN AI–METH. Jego projekt został zrealizowany w Katedrze Podstaw Konstrukcji Maszyn na Wydziale Mechanicznym Technologicznym.
Robot został umieszczony na specjalnej platformie (jej projekt był wykorzystywany w ostatnich łazikach marsjańskich), czyli zawieszeniu z sześcioma kołami, tzw. rocker-bogie, na których się poruszał. Cały projekt powstawał jednak w trakcie pandemii, dlatego autor musiał zmienić swój pomysł na stworzenie toru testowego dla robota, który pierwotnie miał powstać na terenach kopalnianych.
– Ostatecznie odtworzyłem warunki marsjańskie, budując realistyczny tor testowy na własnym podwórku – mówi bohater artykułu. – Na przestrzeni około 15-20 m2 poustawiałem przeszkody, którymi były między innymi różnej wielkości kamienie, aby robot mógł eksplorować po tym terenie.

Zanim jednak Orzeł-7 zmierzył się z tym zadaniem, Paweł Polnik wykonał około 500 fotografii toru – zarówno w dzień, jak i w nocy. Autonomiczny system sterowania robotem bazuje na głębokich sieciach neuronowych, dlatego po przetworzeniu danych ze zdjęć, za pomocą przeróżnych parametrów, robot może klasyfikować zajętość drogi. Jest on także wyposażony w kamerę zamontowaną na wysięgu, dzięki której skanuje teren, by móc poruszać się po nim samodzielnie i podejmować próby omijania występujących przeszkód. Gdy w trakcie testów na torze napotykał kamień, zatrzymywał się przed nim i po chwili omijał go z lewej strony, jak został zaprogramowany. Po ponownym skanowaniu terenu, ruszał dalej.
– Gdy później z czystej ciekawości ustawiłem go poza torem, w nowym miejscu, to jedynie potrafił kręcić się w kółko. Nie mógł się odnaleźć. Nie było to jednak przedmiotem pracy – tłumaczy Paweł Polnik. – Jestem z mojego projektu bardzo zadowolony. Jego zalety to na pewno właściwości edukacyjne, bo to nie tylko teoria, ale i praktyka. Gdy przeglądałem literaturę z zakresu mojej pracy, zauważyłem, że żaden z przytoczonych otwartoźródłowych projektów występujących na rynku, nie posiada wystarczających parametrów pod względem jazdy eksploracyjnej w warunkach zewnętrznych. Ponadto uważam, że system zastosowany przeze mnie, przy odpowiednich modyfikacjach, może być wykorzystany w tworzeniu robotów dla górnictwa kosmicznego. Co ciekawe, funkcjonują już na świecie firmy prowadzące interesujące badania na ten temat.
Praca magisterska Pawła Polnika „System sterowania robotem eksploracyjnym bazujący na głębokich sieciach neuronowych” została nagrodzona i zajęła trzecie miejsce w prestiżowym konkursie o nagrodę Prezesa Polskiej Agencji Kosmicznej 2023.
– To mój życiowy sukces i spełnienie marzeń, a także nagroda za wiele godzin ciężkiej pracy, by zdążyć na czas – podsumowuje Paweł Polnik. – Zawsze chciałem stworzyć robota i taki system sterowania, a studia na Politechnice Śląskiej mi to umożliwiły. Ten projekt jest dowodem na to, że przy niewielkich kosztach, można wdrożyć swoje pomysły. Udało mi się przy okazji poznać wiele ważnych osób z branży. Daje to ogromną motywację do dalszej pracy. To jednak nie tylko moje osiągnięcie, ale efekt wspólnej pracy z niesamowitym zespołem, który tworzyli: mój promotor dr inż. Marcin Januszka, dr inż. Mateusz Kosior oraz opiekun studenckiego koła naukowego AI-METH dr hab. inż. Piotr Przystałka, prof. PŚ oraz mgr inż. Tadeusz Caban, który udostępnił mi swój projekt platformy robotycznej pojazdów RC, na podstawie której mogłem rozbudować własny pomysł.
– Obecnie w czasach tak dynamicznego rozwoju lotów w kosmos, tylko kwestią czasu są kolejne misje z użyciem robotów eksplorujących – mówi dr inż. Marcin Januszka. – Praca dyplomowa magisterska Pawła Polnika jest szczególnie imponująca i stanowi wybitne osiągnięcie. Nawet jako mały projekt – w porównaniu do ogromnych projektów rządowych i międzynarodowych agencji kosmicznych – dokłada kolejną cegiełkę, która pozwala nam sięgać coraz bardziej odległych miejsc w kosmosie. Zdobycie trzeciego miejsca w konkursie o Nagrodę Prezesa Polskiej Agencji Kosmicznej potwierdza skalę sukcesu. Jest to nagroda o ogromnej randze, która podkreśla znaczenie i innowacyjność przedstawionego rozwiązania. Orzeł-7 jako platforma testowa pozwoli w przyszłości walidować zaprogramowane zachowania innych robotów. Praca Pawła Polnika wyróżnia się kompleksowością oraz wysoką jakością wyników. Osiągnięcie stanowi istotny wkład w rozwój nauki i technologii, szczególnie w obszarze eksploracji kosmicznej, ale nie tylko. Można sobie uzmysłowić, że także na Ziemi i pod jej powierzchnią jest jeszcze wiele miejsc do penetracji przy użyciu robotów.

Absolwent Politechniki Śląskiej planuje niebawem rozpoczęcie studiów doktoranckich na naszej Uczelni, a także ma już zaplanowany kolejny projekt, związany z jego pracą zawodową. Na co dzień bowiem, Paweł Polnik już od siedmiu lat pracuje w kopalni Marcel w Radlinie, obecnie jako inspektor działu elektrycznego w oddziale Teletechniki i Automatyki oraz Gazometrii. Zajmuje się tam wizualizacją systemów dyspozytorskich do śledzenia procesu produkcji.
– Aktualnie jestem na etapie zgłębiania wiedzy z zakresu geofizyki i sejsmologii, bowiem chciałbym zmierzyć się z czymś, co uważane jest za nieprzewidywalne, czyli wstrząsami – tłumaczy. – Obecnie pracuję nad koncepcją projektu utworzenia modelu predykcyjnego do rozpoznania początkowych symptomów wystąpienia wstrząsów energetycznych na kopalni. Projekt zakłada zastosowanie zaawansowanej aparatury sejsmologicznej oraz rozbudowanej sieci czujników, które generują duże ilości danych – czyli najważniejszą i najtrudniejszą część w sztucznej inteligencji. Zebrane dane o wcześniejszych wstrząsach zostaną przetworzone przez odpowiednie architektury sieci neuronowych, czyli techniki głębokiego uczenia, w celu rozpoznania przyszłych, pierwszych symptomów wystąpienia wstrząsów. Może dzięki pomocy sieci neuronowych i sztucznej inteligencji będzie dało się je przewidywać? Wiem, że wydaje się to nieco abstrakcyjne i prawie niemożliwe, jednak na Politechnice Śląskiej oraz w kole naukowym uczestniczyłem w wielu interesujących projektach, dlatego jestem bardzo ciekaw efektów tej pracy, nawet jeśli okażą się niepomyślne.
Tekst: Martin Huć
zdjęcia: Marcin Januszka, Grzegorz Krawczyk
Tekst pochodzi z Biuletynu 2 (362) 2024