George Nikolakopoulos är professor i robotik och AI. Hans forskargrupp vid Luleå tekniska universitet (LTU) är en av de första i världen som kunnat visa upp AI-baserad navigering av autonoma drönare i gruvor.

Autonoma drönare har djupseende, uppfattar ljud och kan agera direkt på informationen. De ger stora fördelar jämfört med ett semiautonomt markgående fordon om exempelvis ett okänt tomrum eller en mörk tunnel ska utforskas.

George Nikolakopoulos

– Den artificiella intelligensen är då huvudsakligen inriktad på autonom perception om själva miljön, säger George Nikolakopoulos.

För drönaren handlar det exempelvis om att bena upp var den befinner sig, vad som finns runt omkring den, vart den ska och vad den ska göra. Här ingår att identifiera hinder och farliga områden för att försöka undvika dem.

Visserligen har många forskargrupper i världen lyckats flyga autonoma drönare, men bara ett fåtal har lyckats lämna labbet. Här ingår robotikgruppen vid LTU som fått en helt autonom drönare att inspektera en gruvtunnel – en färdighet som direkt kan överföras till luftburen utforskning av planeter.

Spot och drönare i gruvmiljö.

Den bedriften väckte Nasa/JLP:s (Jet Propulsion Laboratory) intresse. För två år sedan tog Nasa kontakt med Luleåforskarna för att starta ett långsiktigt samarbete, men också för att erbjuda en plats i laget Costar i den nyligen avslutade tävlingen Darpa Subterranean Challenge (se faktaruta).

Det var så Luleåforskarna lärde känna den gula robothunden Spot: en fyrbent varelse späckad med datorkraft för styrning samt flera inbyggda kameror och flera lidarsensorer. Spot beskrivs som en av de mest avancerade robotarna som kan gå. Den kan nå en hastighet på 1,6 m/s, och ett fulladdat batteri räcker i 90 minuter. Som mest kan den bära 14 kilo.

Spot var Boston Dynamics stöd till Costar. Idag tillhör LTU det amerikanska robotikföretagets program Academic Alliance Program.

– Det innebär att vi är behöriga att utveckla ytterligare autonomisystem med Spot som baslinje. Det är en möjlighet som vi skulle vilja utnyttja mer här i Sverige, tillsammans med branscher inom flera olika sektorer, hintar George Nikolakopoulos.

Den fyrbenta roboten passar perfekt för att samarbeta med en autonom drönare. Båda är självstyrande med en viss konstgjord intelligens. Om det till exempel skett en olycka – ett ras i en gruva – kan duon programmeras att söka efter människor i nöd.

Vad adderar ditt team till Spot?

– Vi lägger till ytterligare en autonom nivå som realiseras i AI -algoritmer. De gör att Spot kan utföra uppdrag som att söka, utforska och rädda i områden som är mycket svåra att nå och mycket farliga för människor, säger George Nikolakopoulos.

– Vi använder också Spot för att utveckla intelligenta algoritmer för att möjliggöra autonomi till nästa generation av robotar som kommer att utforska andra planeter, till exempel söka liv på Mars.

Vad är målet i forskningen?

– Det finns ett mycket stort område inom vilket denna typ av gående robotar kan användas, främst för inspektionsuppdrag. Drönare är väldigt trevliga när det krävs snabb insats och att nå områden som markrobotar inte kan nå, men de har en begränsad flygkapacitet.

– För uppdrag nära marken där terrängen är ojämn och lite besvärlig, och vi vill ha lång drifttid, då är en fyrbent robot som Spot en perfekt lösning.

I ett bergrum bara fem minuter bort från universitetsområdet i Luleå arbetar forskarna med att vidareutveckla den självgående tekniken.

Här finns flera hundra meter långa tunnlar, och där simulerar forskarna bland annat olika räddningsuppdrag. Robothunden kan bära en minidrönare på ryggen för att i ett visst bestämt läge stanna och låta drönaren flyga vidare in i mörkret för att själv utforska omgivningen närmare.

Vad är de främsta utmaningarna framåt?

– Den största utmaningen är att med matematik representera all nödvändig självständighet och att matematiskt beskriva hur miljön ska uppfattas. Matematiken finns alltid i bakgrunden, men är inte synlig i en robottillämpning.

– Ur ett tillämpningsperspektiv är utmaningarna att förstå miljön, navigera utan kollisioner, samarbeta med människor och så vidare.

Hur långt har ni kommit?

– Vi har utvecklat en mycket bra programvara som ger Spot helt autonom funktionalitet och som har mycket bra robusthet mot okända miljöer. Fast när det kommer till att använda tekniken på andra planeter skulle jag säga att det fortfarande är 3 till 5 år kvar.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

För att robotar i framtiden ska kunna användas fullt ut i uppdrag på andra planeter är det helt nödvändigt att de kan kopplas bort från all form av fjärrstyrning. De måste vara helt autonoma för att kunna undersöka grottor och skrevor – alltså den typ av miljöer där det bedöms vara mest sannolikt att hitta eventuella spår av liv.

– Robotarna behöver kunna fatta egna beslut när de är ensamma på jakt efter liv och vatten ute i rymden. Detsamma gäller när de ska hjälpa till med att kolonisera andra planeter.

– Det låter kanske som science fiction, men det är det inte. Helt autonoma robotuppdrag kommer att utföras inom de närmaste fem åren, och det betyder att vårt sätt att betrakta rymduppdrag kommer att förändras radikalt.

Samtliga bilder kommer från Luleå tekniska universitet.