Namacalna przyszłość

Nie tylko strażacy łączą pasję z pracą zawodową. Nauka i projektowanie urządzeń to ciekawe hobby i zarazem sposób na życie. A jeśli ta pasja może dać innym rozwiązania, których potrzebują, cieszy tym bardziej. O projekcie robota inspekcyjnego, mechatronice i miłości do nauki rozmawiamy z konstruktorem urządzeń mechatronicznych i robotów mobilnych Sebastianem Jakubowskim, związanym naukowo z Katedrą Mechaniki Stosowanej i Robotyki Politechniki Rzeszowskiej.

Gdy nadszedł czas wyboru uczelni wyższej, dlaczego padło na Politechnikę Rzeszowską?

Pytanie dość trudne, bo cokolwiek odległe. Generalnie oferta edukacyjna odpowiadała moim preferencjom. Czułem, że idąc na kierunek mechatronika na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa, a później na specjalizację informatyka i robotyka, będę mógł realizować swoje pasje i zainteresowania oraz rozwijać się. Jednocześnie też dla mnie, jak i dla większości studentów dużym atutem była lokalizacja Politechniki Rzeszowskiej – jest najbliżej mojego miejsca zamieszkania. Pochodzę z Hrubieszowa, ok. 200 km od uczelni wydawało się odległością akceptowalną. Najbardziej jednak chodziło o ofertę edukacyjną – zwłaszcza w kontekście tego, jak Rzeszów się rozwija w obszarze przemysłu. To właśnie w dużej mierze wpłynęło na mój wybór. Absolutnie nie żałuję, gdybym musiał dokonać go po raz kolejny, wybrałbym tak samo. Gdyby było inaczej, nie kontynuowałbym nauki na Politechnice Rzeszowskiej, której obecnie jestem doktorantem w Katedrze Mechaniki Stosowanej i Robotyki.

Co zainspirowało pana do stworzenia prototypu robota inspekcyjnego dla straży pożarnej?

Było to zgodne z moim kierunkiem studiów, z moimi zainteresowaniami czy z innymi pracami w ramach kół naukowych. Postanowiłem znaleźć wspólny mianownik tych rzeczy i na taką właśnie koncepcję postawiłem. Główną inspiracją do tego projektu, który rozpoczął się pomysłem na pracę inżynierską, a zakończył pracą magisterską, był mój wywiad ze strażakiem z Komendy Powiatowej Państwowej Straży Pożarnej w Hrubieszowie, czyli mojej rodzinnej miejscowości. Poruszyliśmy konkretne problemy, które strażacy napotykają podczas działań na terenach objętych skażeniem gazami niebezpiecznymi dla zdrowia i życia ludzi, mowa była o obszarach, w których robot mógłby zostać wykorzystany. Dostałem na start dużo informacji, ale nie jestem strażakiem, wyszedłem więc z założenia, że projekt urządzenia dla konkretnej grupy odbiorców należy skonsultować – poznać potrzeby strażaków oraz zobaczyć, jakie oczekiwania mają wobec robota.

Projektując urządzenie, dbam o szczegóły, jakbym to robił dla siebie, ale w tym przypadku projekt przeznaczony jest dla strażaków, którzy mają inne doświadczenie i wiedzę. Jeszcze bardziej motywowało mnie do działania to, że powstanie coś, co faktycznie może komuś pomóc. Chcę podkreślić, że sukcesywnie w kolejnych etapach przeprowadzałem konsultacje z wieloma strażakami, zarówno funkcjonariuszami PSP, jak i druhami OSP, strażakami ze specjalistycznej grupy ratownictwa chemiczno-ekologicznego. Udało mi się nawet poznać zdanie przedstawicieli straży pożarnej z Czech.

Jakie były główne cele pana projektu?

Celem było zaprojektowanie czegoś wyjątkowego, co będzie miało moc wniesienia czegoś nowego do straży pożarnej. Rozmawiałem ze strażakami, aby poznać to środowisko najlepiej, jak inżynier może, aby stworzyć narzędzie wyspecjalizowane, nie produkowane i tworzone dla przemysłu, a na potrzeby straży tylko modyfikowane. Sfera działań straży pożarnej jest na tyle wyjątkowa, że w mojej opinii bardzo trudno stworzyć urządzenie, które będzie wielofunkcyjne, w pełni zaspokoi zapotrzebowanie ratowników, bo usprawni realia ich pracy. Będzie pomocą, a nie sprawi problemy wynikające z niedostosowania.

Jak działa ten sprzęt? Jakie ma funkcje i możliwości?

Pozwolę sobie opisać drugi prototyp, czyli ten, który powstał na etapie mojej pracy magisterskiej, ponieważ jest bardziej zaawansowany. Przy pierwszym prototypie, jako że była to dopiero praca inżynierska, popełniłem sporo błędów. Na nich jednak bardzo dużo się nauczyłem i naukę mogłem wykorzystać podczas tworzenia drugiego prototypu, przy pracy magisterskiej (śmiech).

Jest to mały robot dwukołowy z podparciem, czyli z trzecim kołem, niewielki gabarytowo i masowo, waży około 2 kg. Poza komputerem sterującym, układem zasilania, silnikami oraz czujnikiem położenia i orientacji w przestrzeni ma zestaw czujników, m.in. gazów łatwopalnych, dwutlenku węgla, tlenu oraz temperatury. Dzięki zaimplementowanym rozwiązaniom robot może monitorować takie zdarzenia, jak kolizja, upadek czy kontakt, a następnie poinformować o tym strażaka operatora. Na ekranie kontrolera dzięki systemowi wizyjnemu pojawiają się również informacje o wykrywanym ruchu obiektów nakładane na obraz z kamery. Funkcjonalność ta może być szczególnie użyteczna w poszukiwaniu osób poszkodowanych w środowisku o zmniejszonej widoczności.

Jest również mały moduł wyposażony w dodatkowy czujnik chemiczny. Ja nazywam go repeaterem sygnału. Jego celem jest zwiększanie zasięgu urządzenia i pomiar dodatkowej substancji chemicznej, wybranej przez strażaka w zależności od aktualnej potrzeby. Głównym zadaniem robota jest jednak dotarcie do obszaru skażonego, pomiar stężeń gazów i temperatury oraz przekazanie wszystkich danych do operatora. Zaznaczam, że ten robot nie jest w stanie w żaden sposób zastąpić strażaka na miejscu zdarzenia. Ma on służyć wyłącznie jako narzędzie pomocy.

Jak przebiegał proces jego tworzenia, od pomysłu do gotowego projektu?

Projektowanie robotów inspekcyjnych to długi proces. Wszystko zaczęło się od deski kreślarskiej i ołówka, tak powstawał pierwszy szkic. Niezbędny był również przegląd literatury oraz wstępne obliczenia i wytyczne. Powstawały pierwsze projekty 3D. Miałem na uwadze to, że musi on odpowiadać szeregowi restrykcji, czyli spełniać wymagania podstawowe norm. Urządzenie, które ma pomagać, samo nie może stanowić zagrożenia.

Do prototypu użyłem części dostępnych na rynku, ponieważ czekało go jeszcze wiele modyfikacji. Na przykład podwozie było zmieniane kilkukrotnie – od wersji sześciokołowej do czterokołowej, ostatecznie do wersji podwozia dwukołowego z trzecim kołem podpierającym, które nie było napędzane. Kolejny krok stanowiło zdefiniowanie instalacji elektrycznej, działania sterowania oraz różnych zabezpieczeń. Potem przyszedł czas na wstępne testy.

W pierwotnej koncepcji robot był urządzeniem, które umożliwiało komunikację za pośrednictwem bardzo długiego, odpowiednio zabezpieczonego przewodu z linką stalową. Ta koncepcja wtedy wydawała mi się słuszna, inspirowałem się robotem, który powstał na Politechnice Rzeszowskiej. Podczas testów doszedłem do wniosku, że w przypadku robota inspekcyjnego dla straży pożarnej nie sprawdzi się. Zastąpiła ją komunikacja radiowa. Robot w drugiej wersji miał już smuklejszą obudowę, zostały poprawione błędy w zasilaniu i zabezpieczeniach. Doszły nowe koncepcje – niektóre z nich zostały wdrożone, a niektóre opisane jako zaplanowane, m.in. kamera termowizyjna, która w finalnym prototypie się nie znalazła, ale nastąpiły przygotowania konstrukcyjne do montażu i powstały aplikacje do komputera pokładowego.

Czy napotkał pan jakieś trudności i wyzwania podczas realizacji projektu?

Nie przypominam sobie większych problemów. Jedynym nie tyle problemem, co hamulcem był moment, gdy robot stał gotowy i mógł zostać poddany testom w warunkach zbliżonych do naturalnych, ale nie miał cech pozwalających na finalną weryfikację. Złożony był, tak jak wcześniej wspominałem, z części łatwo dostępnych, tylko nieliczne spełniały wymagania norm, a korpus był drukowany z tworzywa sztucznego.

 Czy w trakcie tworzenia robota współpracował pan ze specjalistami lub instytucjami?

Dostałem ogromne wsparcie merytoryczne na każdym etapie projektu od mojego promotora dr. hab. inż. Krzysztofa Kurca. Oczywiście nie byłbym w stanie stworzyć tego projektu również bez wywiadów i złotych rad strażaków, z którymi miałem przyjemność rozmawiać, współpracować i konsultować projekt. Na każdym etapie konsultacji byłem miło zaskoczony przyjęciem i nie przypominam sobie, abym uzyskał odmowę bądź negatywny odzew z jakiejkolwiek jednostki, do której zwróciłem się o pomoc.

Czy są jakieś plany na przyszłość związane z rozwojem tego projektu?

Jak najbardziej, choć nie ukrywam, że pracuję i podjąłem studia doktoranckie, które w pewnym stopniu odbiegły od podstaw tego projektu. Projekt zatem obecnie wyhamował i zatrzymał się na drugim prototypie, ale nie uważam go za zamknięty. Zamierzam go kontynuować, jednak ze względu na brak wsparcia i możliwości współpracy z organizacją można go uznać za lekko spowolniony. Trzeci prototyp znajduje się w sferze koncepcji.

Wspomniał pan o kamerze termowizyjnej, czy w koncepcji trzeciego prototypu przewidywane są modyfikacje lub ulepszenia?

Oczywiście – ponowne zdefiniowanie obudowy, poszczególnych komponentów, dodatkowe sensory, które wzbogacą paletę dokładności pomiarów wykonywanych przez robota, oraz takie, jak kamera termowizyjna. Kolejny projekt można określić nieuniknionym stadium rozwoju. Technologia przez kilka lat dość ciekawie się rozwinęła i nadal rozwija. Pojawiło się dużo prac naukowych, które wskazują na taki, a nie inny rozwój funkcjonalności autonomicznych. Projekt jest ciekawy, trudno mi się z nim pożegnać. Obecnie jestem pracownikiem biura konstrukcyjnego Huty Stalowa Wola, będącej częścią Polskiej Grupy Zbrojeniowej, zajmuję się przemysłem zbrojeniowym – to również pasjonująca dziedzina, skupiłem się na niej także w pracy naukowej.

Myślę, że projekt ma duży potencjał i koniecznością będzie jego rozwijanie do momentu, w którym przynajmniej nada się do przetestowania, aby faktycznie strażacy mogli otrzymać takie urządzenie i sprawdzić jego funkcjonalność, następnie po kilku próbach wyrazić opinię i zdecydować „tak” lub „nie”.

Czego nauczył się pan podczas realizacji tego projektu?

Na pewno cierpliwości. Komunikacja z ludźmi utwierdziła mnie w przekonaniu, że warto rozmawiać, zwłaszcza z przyszłym użytkownikiem tego, co się tworzy. Bardzo dużo wiedzy zdobyłem na studiach, uczęszczając na staże czy angażując się w koła naukowe. Przekonałem się, że proces opracowania takiego robota jest długotrwały, a jego prowadzenie wymaga dużego zaangażowania. Z wykształcenia jestem mechatronikiem, czyli siłą rzeczy łączę kompetencje mechanika, elektronika, programisty i osoby odpowiedzialnej za sterowanie, jednak podział tych obowiązków, wymiana informacji pomiędzy dziedzinami, kiedy projekt powstaje od zera, pokazała mi dobitnie, że wszystko musi ze sobą współgrać. Straż pożarna ma na pokładzie wspaniałych ludzi, bogatych w doświadczenie i wiedzę.

Jak ten projekt wpłynął na pana plany zawodowe?

Oczywiście projektowanie urządzeń z obszaru przemysłu specjalnego, czyli takich, które chronią życie ludzkie, pracują w nietypowych warunkach, było wstępem do całej dziedziny. Spotkałem wtedy odrębne spojrzenie na projektowanie – takie, w którym należy skupiać się na drobnostkach. Obecnie zajmowane stanowisko pracy mogę określić jako kontynuację, ponieważ dalej mam styczność z przemysłem specjalnym. Szczerze przyznam, że projektując tego robota, nie sądziłem, że moje zainteresowania pójdą w tym kierunku. Na etapie studiów inżynierskich postrzegałem to jako stworzenie ciekawej konstrukcji, która ma jakieś konkretne zastosowanie, można jej dotknąć. Dziś dalej idę tą drogą, a na niej pojawiają się inne wyzwania.

Jakie w pana ocenie są szanse na tworzenie takich sprzętów i czy mogą one pomóc w wykonywaniu zadań funkcjonariuszy PSP?

Szanse na tworzenie robotów inspekcyjnych są obecnie bardzo duże, a ich potencjalne zastosowanie w działaniach straży pożarnej jest niezwykle obiecujące. Mogą pomóc nie tylko funkcjonariuszom PSP, ale i strażakom z OSP oraz zakładowych straży pożarnych. Konsultowałem ten projekt również z nimi. Robot inspekcyjny w swoim założeniu ma wspomóc strażaków na miejscu działań. Tani, lekki i niezawodny, ma być traktowany jako narzędzie, a nie kosmiczna technologia.

Roboty inspekcyjne mogą działać w warunkach zbyt niebezpiecznych dla ludzi, takich jak pożary, wycieki chemiczne czy obszary skażone. Dzięki nim strażacy mogą uzyskać dokładne informacje o sytuacji, nie narażając swojego zdrowia i życia. Mogą sprawniej i dokładniej przeprowadzać inspekcje, co pozwala na szybsze podejmowanie decyzji i efektywniejsze zarządzanie zasobami podczas akcji ratowniczych. Mogą wchodzić do wąskich, ciasnych przestrzeni lub na wysokości, które są trudno dostępne dla ludzi. To szczególnie ważne w sytuacjach, w których każda minuta ma znaczenie. Podsumowując, szanse na tworzenie robotów inspekcyjnych są bardzo duże, a ich zastosowanie w zadaniach strażaków może znacznie zwiększyć bezpieczeństwo i efektywność operacji ratowniczych. Rozwój tych technologii będzie miał bezpośredni wpływ na poprawę jakości oraz szybkości działania służb ratunkowych.

Jakie są pana największe pasje poza nauką i robotyką?

Dziś naprawdę trudno mi wskazać, ponieważ większość mojego czasu pochłania praca zawodowa i naukowa. Od zawsze fascynowały mnie technologie i nauka. Robotyka, będąca na styku wielu dziedzin inżynierii i informatyki, jest dla mnie szczególnie interesująca.

Elektronika i mechatronika to osobne dyscypliny inżynierskie, w mojej ocenie bardzo ciekawe. Świat software’owy oraz wszelkiego rodzaju oprogramowanie to specjalności, które również bardzo mnie pasjonują. Czytam na ten temat książki i artykuły. Te wszystkie dziedziny są pokrewne, jednak każda ma swoje cechy, które są na swój sposób bardzo ciekawe. Poza światem robotyki i nauką interesuję się interakcjami międzyludzkimi i zrozumieniem, jak ludzie współpracują ze sobą oraz jak się komunikują.

Lubię poznawać nowe środowiska, które dają inne spojrzenie, ponieważ nie każdy jest inżynierem. Miałem przyjemność brać udział w lekcjach oraz prezentacjach z dziećmi i młodzieżą, na których mogłem opowiedzieć o swojej pasji i zaprezentować to, co stworzyłem. Wszyscy z zaciekawieniem słuchali, ponieważ na wczesnym etapie edukacji chętnie poznaje się coś innego i nietypowego. Jest to dla mnie motywujące, ponieważ spotykanie się z ludźmi, wymiana pomysłów i współpraca nad innowacyjnymi projektami, udział w konferencjach, warsztatach i hackathonach to sposób na poszerzanie horyzontów i nawiązywanie wartościowych kontaktów.