Virtuális laboratórium a Kende utcában
14 perc olvasás
2011. május 16-án az Akadémia Számítástechikai Kutatóintézetében bemutatták azt a virtuális laboratóriumot, melyben virtuális robotokat vezérelnek a kutatók különböző műveletek végrehajtására. A megoldás újszerűségét jelenti, hogy a robotokat vezérlő programokat magyar és más országok egyetemei együttesen hozták létre, a robotok működtetésekor szerzett tapasztalatokat megosztják egymással, sőt, a robot-műveleteket egymás laboratóriumaiban, a virtuális térben végzett távvezérléssel képesek megvalósítani.
2011. május 16-án az Akadémia Számítástechikai Kutatóintézetében bemutatták azt a virtuális laboratóriumot, melyben virtuális robotokat vezérelnek a kutatók különböző műveletek végrehajtására. A megoldás újszerűségét jelenti, hogy a robotokat vezérlő programokat magyar és más országok egyetemei együttesen hozták létre, a robotok működtetésekor szerzett tapasztalatokat megosztják egymással, sőt, a robot-műveleteket egymás laboratóriumaiban, a virtuális térben végzett távvezérléssel képesek megvalósítani.
A laboratórium megnyitásával az MTA Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézete, valamint a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem együttműködésében európai referencia-centrum jött létre a flexibilis és szabadon konfigurálható robotizáció területén. A magyarországi régióban egyedülálló és európai viszonylatban is kiemelkedő 3D Internet alapú kontroll és kommunikációs laboratórium megnyitásán részt vett Baranyi Péter, a 3D internet és kommunikációs laboratórium vezetője, projektvezető, Vadász István, a Nemzeti Innovációs Hivatal elnökhelyettese, Németh Tamás, az MTA főtitkára, lnzelt Péter, az MTA SZTAKI igazgatója és Péceli Gábor, a BME rektora.
Videolink:
http://www.youtube.com/watch?v=q-kk7_sTcTU&feature=player_embedded
Megnyitó beszédében Péceli Gábor, a BME rektora és lnzelt Péter, az MTA SZTAKI igazgatója egyaránt kiemelte az egyetemi és az akadémiai kutatócsoportok együttműködésének jelentőségét, s ennek eredményét, a VirCA rendszert, mint a tudástranszfer gyakorlati alkalmazásának példáját.
Inzelt Péter elmondta, a projekt deszkamodell-szintű eredményekkel kezdődött, s mára már az ipar által is elfogadott késztermékeket mutat fel. Az EEA Grant finanszírozású, közel 100 millió Ft-os projektet közbeszerzésben és a norvég alap támogatásával valósították meg. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (Távközlési és Médiainformatikai Tanszék, valamint Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék), a Széchenyi Egyetem, az NTN U (Norvégia), az NUC (Norvégia), a PPM AS (Norvégia) konzorciumában nyerte el az MTA SZTAKI. A projekt három évig tartott a „beadástól" az aláírásig, s a kivitelezés végül is 2 hónap alatt zajlott le, az elkészült laboratórium 2010 novembere óta működik.
A projekt fő célja; európai referenciacentrum létrehozása a flexibilis és szabadon konfigurálható robotizáció terén. A projekt nemzetközileg is elismert eredményeket ért el a tudományos alapkutatási, a K+F, 3D Internet alapú laboratóriumi hálózat kiépítésében, valamint az innovációt és gyors tudástranszfert segítő platformok kiépítésében. A laborban tulajdonképpen bármit fel lehet szerelni virtuálisan, ami itt nem is áll rendelkezésre a valóságban, vagy csak elképzelt modellje van a világban. Ilyen pl. a pilóta nélküli repülőgépek ütközés-mentességének megvalósítása, azokat a radar-alapú berendezéseket ugyanis, amelyek a nagy utasszállító gépeken biztosítja az ütközés elkerülését, azt egy pilóta nélküli gépen nem lehet elhelyezni. A pilóta nélküli gépek széles körű használata viszont megköveteli, hogy legalább a nagyobb gépekkel való ütközésüket kiküszöböljük. Márpedig ezek a gépek nagy segítséget nyújthatnak a közlekedés felügyeletében, a tűzfészkek felderítésében és számos más alkalmazásban. Az itteni laborban virtuálisan felszerelnek egy ilyen virtuális pilóta nélküli gépet olyan kamerákkal, ami lehetővé teszi, hogy messziről észleljen és elkerüljön egy Cesna méretű kisgépet. Egy év múlva ezt a Mátyásföldi repülőtéren is be fogják mutatni. Egy valódi modellgépre nehezen, de azért fel lehet szerelni három kamerát, még a számítógépet is, de az, hogy a szárnyakra helyezett kamerák hogyan változtatják meg az aerodinamikai tulajdonságokat, nos ez nem egészen egyértelmű. A mostani bemutatón monitoron, 3D-ben lehet megfigyelni, hogyan kerüli el a modellgép a Cesnát. Változtatni lehet kísérlet közben a szabályzás algoritmusát, paramétereit, s 3D-ben lehet látni ezen beavatkozások eredményét.
A rendszert a jövőben várhatóan fel lehet használni szerves nagymolekulák, pl. festékek modellezésére, vagy CAD feladatokra. Olyan dolgokat lehet vele kimérni a rendszerben, amit a robotból származó információk elégtelen mennyisége nem tesz lehetővé.
Péceli Gábor rektor a fenti előnyökön túl hangsúlyozta a nemzetközi kapcsolatrendszer jelentőségét, ami a projektben és a labor működése során ölt testet.
Baranyi Péter projektvezető összefoglalójában kronológiai és szervezéstörténeti adatokat ismertetett; a projekt végül is 2008-ban indult 2,4 millió euróval. A 3DICC alapgondolata 2010-ben született, a BME tanszékek erőteljes közreműködésével, ami végül együttműködési megállapodásba torkollott konzorcium létrehozására, a megvalósításhoz mindkét intézet saját erőforrással is hozzájárult. 2008-10 között alakult ki a VirCa platform, ami az intézetek közötti hatékony tudáscserét biztosítja.
2009-10 során EU-s közbeszerezéssel sikerült az építést elindítani. Közben az ELTE 3D Vizualizációs központja is becsatlakozott, s ma az is elérhető a laborból. 2010 november-decemberében elkészült az infrastruktúra, s nemzetközi bemutatókon erről a platformról mintegy 30 demonstrációt tartottak, különböző országok különböző egyetemeit összekötve, élőben működtetve. 2010-ben megépült a labor tükörképe kisebb kiépítésben.
A teljes rendszer nagy bemutatkozása a 2011-es Future Emerging Technology konferencia során zajlott, sok egyetemmel összekapcsolva. A rendszer 3. díjat kapott, megosztva más SZTAKI laborokkal.
A rendszer alapgondolata:
Különböző országokban-kontinenseken vannak elhelyezve robotok, nem-materiális eszközökkel rendelkező szoftver, vagy valamilyen intelligencia, beszédközpont, dialógusrendszer, stb. Ezeket összekötjük és egyetlen virtuális térbe helyezzük, komplemens tudásukat összegezzük és az egészet egyetlen rendszerként irányítjuk.
A megvalósításhoz három technika-családot ötvöztek:
-egy robottechnology middleware platformot, ami biztosítja, hogy különböző komponensek értsék egymást,
(pl. egy rendszerben egy robot karját lecsatolva egy másik robotra lehet illeszteni),
-ICE: internet communication engine; egy elosztott internet platform, azt biztosítja, hogy a darabok lokális helye függetleníthető legyen a rendszer működésétől, az összetevők interneten keresztül értik egymást,
-3D technológiák, tudományos vizualizáció: lehetővé teszi, hogy túl azon, hogy ezek a rendszerek értik egymást, egymással és velünk is kommunikálnak, s irányíthatjuk őket, 3D-s megjelítésüket is biztosítják. Tehát; ha éppen nincsenek materiális állapotukban előttünk, akkor virtuálisan meg tudjuk őket jeleníteni.
A fentiekkel elérthető előnyök: Kiterjesztett kollaboráció, valós és virtuális komponensekkel. Pl. az egyetemek tudásai egymásba beépíthetők. Megtehető, hogy a hongkongi kínai egyetem valamelyik robotját, intelligenciáját a saját rendszerünkkel összekötözve életre keltsük és innen Budapestről irányítsuk. Kipróbálhatjuk, hogyan működik együtt egy másik országban működő robottal. Betehetünk ebbe a rendszerbe egy beszédközpontot, hogy kommunikáljunk a robottal. Ez egy munkacsoportnak nulláról indulva éves munkát jelentene, de a BME beszédközpontját összekötve a rendszerrel, a robottal beszéd útján közlekedhetünk.
Ez a rendszer nem tudja t.képpen, hogy ki a valós és ki a virtuális, ezért nevezzük a módszert kiterjesztett kollaborációnak.
A rendszer-összetevők szabadon kötözhetők össze, hasonlóan a MatLab Symulin rendszerekhez. Akár a máshol már implementált, de ki nem használt tudást szabadon kötözgethetjük össze.
A jövő technológiáját a virtuális szenzorok jelentik. A számítógép által előállított virtuális térben olyan dolgokat mérhetünk meg, amelyek a valóságban (még) nem léteznek, amelyekre jelenleg nincs is technológia. Mivel a számítógép generálta a teret, ő minden adatát pontosan ismeri, ami az adatbázisában megvan. Pl. ha egy humanoid robotot akarunk összekötni egy intelligens központtal és azt akarjuk kipróbálni, hogy a jövőben a házunkban hogyan dolgozna a konyhában. Ehhez szükség van egy olyan intelligens alakzat és tárgy-felismerő kamerára, ami ma még nem létezik, de lehet hogy nemsokára lesz. Ebben a virtuális térben azonban feltehetek a robotra egy ilyen (elképzelt) virtuális kamerát. A robot a valóságban dolgozik, elvégzi feladatát, a dinamikája, mechanikája valós, de a teljes informatikai háttere, a látása, a környezete lehet virtuális, így már készülhetek egy ilyen kamera-technológiára.
Ez a laboratórium, a maga működési módjával, nagyon hatékony, gazdaságos innovációt is jelent, a virtuális térben ingyen végezhetünk virtuális innovációkat. Próbák, ötletelések, (távoli) tudások integrálása innovatív módon kipróbálható. Ez nagyon fontos momentum a labor működésében!
A legfontosabb tényezők:
Tudástranszfer-, és megosztás az intézetek között és gyors tudástranszfer az iparhoz! Az egész rendszert szándékosan úgy készítették, hogy akár egy laptopról is elérhető legyen, s egy bowserrel ilyesfajta tudás-összekötéseket létre lehessen hozni. (A hongkongi robot-összekötési példa 60 másodperc alatt összehozható.) Akár az otthoni számítógépről lehet virtuális innovációs kísérleteket végezni! Beépítheti az illető a saját virtuális rendszerébe azt a távoli tudást. A rendszer megért más szoftver rendszereket is, pl. MatLab , érti a magasabb szintű tervező rendszerek ki és bemeneteit.
A projekt során kiépült laborok
-Az MTA SZTAKI-ban megvalósult a 3D Internet alapú kontroll és kommunikációs (3DICC) laboratórium, mely a magyarországi regióban egyedülálló, de európai viszonylatban is kiemelkedőnek számít.
A laboratóriumban a kutatók kiépítették a modern, 13 kamerás, 4D rekonstrukciós stúdiót és a 3D immerziv virtualizáló rendszert, melyet mozgás-érzékelő ruha és támogató eszközrendszer egészít ki.
-A BME TMIT-n is kiépítettek egy 3D virtuális laboratóriumot a kognitív infokommunikációval foglalkozó kutatásokhoz.
A projektben valósult meg az a virtuális kollaborációs platform (VirCA: Virtual Collaboration Arena. www.virca.hu ), amely biztosítja a laboratóriumok összekötését más intézetekkel. Ennek a platformnak a fő célja az együttműködések támogatása, a már implementált (létrehozott) tudásanyagok megosztásával.
A VirCA rendszerről:
A VirCA lehetőséget ad arra, hogy valós hardver és szoftver eszközöket, egymástól való távolságuktól függetlenül, egy rendszerbe lehessen integrálni, az azokban megfogalmazott tudást és kutatási eredményeket egymás rend¬szereibe be lehessen építeni.
A rendszert számos nemzetközi fórumon működés közben mutatták be, több egyetem eszközeit összekapcsolva. A bemutatókon helyben néhány perc alatt lehetett összeköttetéseket létrehozni, s a különböző országokban elhelyezkedő laboratóriumi berendezéseket egyetlen komplex rendszerként irányítani.
A VirCA két fő egysége:A sztereo 3D megjelenítők meghajtására is képes virtuális valóság kezelő rendszer és egy web-alapú rendszerépítö eszköz. A különböző helyeken működő szoftver és hardver komponensek a rendszerszerkesztő segítségével egyesíthetők működőképes, együttműködő rendszerré, amelynek közös életterét a VirCA 3D virtuális valósága adja. A VirCA olyan számítógépes környezet kialakítását kívánja megvalósítani, amelyben a kutatók, fejlesztők tudása Plug and Play módon; minimális pluszmunkával adható tovább és ilIeszthető be különféle rendszerekbe, így téve lehetővé eszközeink újszerű, rugalmas programozását.
A bemutató témái:
Ipari robot távműködtetése
A BME MOGI robotrendszerének és az MTA SZTAKI virtuális irányító-központjának összekapcsolásának példáján mutatták be az összetett műveletet végző robot működését.
A felmutatott eredmények; a kezelő utasítására a robot az élőszóban megnevezett színes labdát engedelmesen a megjelölt helyre viszi. Ebben a példában a robot mozgás-programjának menet közben történő előállításához szükség van a labdák helyzetének és a kiválasztott célhelyzetnek az ismeretére. Ezeket az adatokat a robot nem közvetlenül az érzékelőktől (szenzoroktól) szerzi be, hanem a VirCA rendszertől, az un. intelligens tértől kérdezi le. Ez teszi lehetővé, hogy a labdákat bármely alkalmas, pl. gépi látás-algoritmussal követhetjük, ennek megválasztása a továbbiakban a működést vezérlő komponens számára nem jelent kötöttséget.Az emberi beszéddel történő irányítás képességét a VirCA, mint keretrendszer szolgáltatja, s ez a képesség elérhető minden VirCA-ban működő eszköz számára.
Emberszabású robot irányitása
A NAO humanoid robot mozgatása a VirCA környezetben össze¬állított alkalmazás segítségével valósítható meg.A kezelő mozgáskövető ruhát (motion capture suite) visel, a belőle nyert adato¬kat a virtuális, s a valódi robotra egyidejűleg transzformálják, ami a robot egyszerű betanítását teszi lehetővé.
Ez a módszer nem csak a játék-robotok irányítására lehet alkalmas, de bonyolult felépítésű ipari manipulátorok programozására is. Több virtuális NAO robot is működhet egy közös virtuális térben. A bemutató során a résztvevők példán láthatták, az egyik robotot az egyik munkatárs irányíthatja a mozgáskövető ruha segítségével, egy másik példányt pedig partnere egy hasonló eszközzel.
Virtuális érzékelők
A 3D virtuális valóságban elhelyezhetünk érzékelőket is. Ennek a mesterséges világnak minden részletét (adatát) ismerjük, így számos olyan információt is kinyerhetünk a vele végzett kísérletek során, amire a valóságban jelenleg nincs lehetőség.
Túl költséges, vagy egyszerűen nem is létező érzékelőket is bevethetünk a VirCA rendszer segítségével.
4D rekonstrukciós stúdió
Az un. 3D barlang mellett kialakítottak egy stúdiószobát is, amivel mozgó alakzatokról készíthető 3D modell.
A 3D barlang, a hozzá kapcsolódó VirCA keretrendszerrel a 3 D modellek megjelenítését teszi lehetővé, a stúdióval maguk a vonatkozó modellek állíthatók elő. A stúdió tartalmaz egy tizenkétszögű alakzatban megépített, zárt, zöld színű ketrecet, az un. green box-ot, amely biztosítja a homogén hátteret. A rácsszerkezetre, egyenletesen elosztva 13 kamerát szereltek fel, melyek egymással szinkronban működve biztosítják, hogy a stúdió közepén elhelyezkedő, mozgó alakzatról minden irányból egyszerre készüljön felvétel. A kamerákból érkező képeket 7 darab, egymással együttműködő számítógép dolgozza fel.
Utólagos feldolgozás során a képeket előtérre és háttérre osztják, majd a képeket a térbe visszavetítve megkapjuk a mozgó 3D modellt. A modelleket tetszőleges virtuális környezetben helyezhetjük el, vagy meg is sokszorozhatjuk. A kamerák beállítását, kalibrációját, a képfelvételt és az utófeldolgozást végző keretrendszert és programokat a Geometriai Modellezés és Számítógépes Látás Laboratórium munkatársai fejlesztették ki. A bemutató során a munkatársak ismertették a képfelvételt-, s az utófeldolgozást végző rendszer működését, s példákkal szolgáltak a stúdióban készült mozgó 3D modellekre.
Repülőgépek ütközés-elkerülő manővere
Több éve folyó rendszer- és írányítás-elméleti kutatások eredményeit ismertették. Két, egymással szemben haladó repülőgép kitérő manőverét lehetett figyelemmel kísérni a 3D-¬s megjelenítőn. A háttérben futó bonyolult számításokat egy elterjedt matematikai programcsomag végzi, amely azonban önmagában nem alkalmas az eredmények valósághű virtualizációjára. A VirCA-val nagybonyolultságú, nem arányos működésű, sokváltozós rendszerek működése is valósághűen jeleníthető meg.
Inkrementális lemezalakítás
A bemutató során újszerű, a virtuális valóságban megjelenített lemez-megmunkálási technikát ismertettek. A megmunkáló gépek működését a VirCA környezetben összekapcsolódó komponensek irányítják. A kezelő kiválaszthatja az elkészítendő gyártmányt, majd a teljes folyamat monitorozható és tetszőleges szögből megfigyelhető a .3D-s megjelenitőn.
http://www.tmit.bme.hu/Phd2011Baranyi2
http://alpha.tmit.bme.hu/speech/docs/education/kognitiv_3d_net
http://www.sztaki.hu/reszleg/Cogvis/
http://trb.mta.hu/_download/conf/man3d2010.pdf
HARMAT LAJOS
