automatiikka

Jos olet Mansessa, älä pelästy: Pyhäjärvellä on miehittämätön vene koeajossa (ja sitä pääsee katsomaan)

Ti, 07/03/2018 - 14:55 Toimitus
Tampereen miehittämätön vene

Tampereen teknillinen yliopisto ja Alamarin-Jet Oy koeajavat miehittämätöntä pinta-alusta Pyhäjärven Tampereen puoleisessa päässä tällä viikolla Ratinan suvannon ja Viikinsaaren välisellä reitillä. Koeajoja pääsee myös seuraamaan tästä tiistaista alkaen perjantaihin kello 10–14 Ratinan suvannon etelärannalla Laukonsillan tuntumassa sijaitsevalla maa-asemalla.

Tampereen teknillisen yliopiston Mekatroniikan tutkimusryhmä ja Alamarin-Jet Oy ovat yhteistyössä kehittäneet ja rakentaneet tutkimusympäristön miehittämättömien pinta-alusten tutkimukseen.

Tutkimusympäristö koostuu miehittömästä veneestä (virallisesti sanottuna USV, eli Unmanned Surface Vehicle) ja maa-asemasta (SCC – Shore Control Station) sekä näitä yhdistävästä radiolinkistä. Tutkimusympäristöön voidaan liittää myös miehittämättömiä ilma-aluksia (UAV – Unmanned Aerial Vehicle) sekä miehittämättömiä vedenalaisia aluksia (AUV – Autonomous Underwater Vehicle). Tutkimusympäristö soveltuu sekä sisävesi- ja saaristoliikenteen nopeiden miehittämättömien pinta-alusten tutkimukseen että autonomisten järjestelmien yhteistoiminnan tutkimukseen.

Heinäkuun alun koeajot liittyvät Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön rahoittamaan aColor-hankkeeseen, jossa tutkitaan miehittämättömien järjestelmien yhteistoimintaa vaativissa saaristo- ja sisävesiolosuhteissa.

Koeajoissa keskitytään miehittämättömän aluksen perustoiminnallisuuksiin, kuten esimerkiksi reitin seurantakykyyn ja ympäristön havainnointikykyyn. Lisäksi tutkitaan maa-aseman ja miehittämättömän veneen välisen radiolinkin toimintaa sekä siihen liittyvien suunta-antennien seurantakykyä. Hankkeeseen osallistuvat myös TTY:n Multimedia Research Group signaalinkäsittelyn laboratoriosta ja Langaton tietoliikenne ja paikannus -tutkimusryhmä elektroniikan ja tietoliikennetekniikan laboratoriosta sekä Tampereen ammattikorkeakoulu.

Koeajot tehdään muun liikenteen ehdoilla ja aluksessa on koko ajan päällikkö ja miehistö.

TTY:n kone- ja tuotantotekniikan laboratorion Mekatroniikan tutkimusryhmä on eräs TTY:n suurimmista tutkimusryhmistä. Yksi ryhmän keskeisimpiä tutkimusalueita on miehittämättömät järjestelmät ilmassa sekä veden alla ja päällä, mutta ryhmä tutkii monenlaisia vempeleitä aina lentotekniikkaan ja luotettavuustekniikkaan asti. Mekatroniikan tutkimusryhmän johtajana toimii professori Kari T. Koskinen.

Alamarin-Jet Oy on puolestaan kokenut veneiden vesisuihkupropulsiolaitteiden valmistaja ja markkinajohtaja maailmassa teholuokaltaan alle 550 kW olevissa propulsiolaitteissa.

*

Juttu on TTY:n tiedote käytännössä suoraan kopioituna.

Martti ja Marilyn liikenteessä Tampereella

Pe, 05/19/2017 - 11:59 Toimitus
Robottiauto Martti

Suomen ensimmäinen kokeiluluvan tieliikenteeseen saanut robottiauto Marilyn ja tuoreempi puolisonsa Martti ovat yhdessä siirtyneet seuraavalle tasolle, lähteneet julkisesti liikenteeseen ja alkaneet seurustella. Ne vaihtavat kuulumisia ajoympäristönsä kanssa ja alkavat puhua syksyllä myös julkisen digitaalisen infran kanssa.

VTT:n kehittämät robottiautot Martti ja Marilyn kuulevat, näkevät ja aistivat.

Ne kykenevät seuraamaan ohjelmoitua reittiä ja välttämään yllättäviin esteisiin törmäämistä ilman kuljettajan apua. Toistaiseksi autot vaativat, että kaistaviivat tai tien reunat näkyvät.

Tämä on kuitenkin vasta ensimmäinen askel, mutta vuoteen 2020 mennessä liikutaan jo vaativammissa olosuhteissa sora- ja lumipeitteisillä teillä.

"Automaattisen ajoon tarvittavia laitteita on autoissamme tarpeeksi ja nyt niistä otetaan ohjelmistoteknisesti kaikki irti askel kerrallaan. Haasteita on pieniä ja isoja, mutta niitä me rakastamme", sanoo projektipäällikkö Matti Kutila VTT:ltä.

Robottiautoista löytyy lämpökamera ihmisten ja eläinten havainnointiin. Stereokamera ja tutka lähialueen tarkkailuun korkealla resoluutiolla. Laserskannerit ja pitkän kantaman tutkat kaukonäköön sekä GPS/Glonass-vastaanottimet paikannukseen.

Lisäksi autoissa on inertiayksikkö suunnan ja kiihtyvyyksien määrittämiseen. Toimilaitteina on sylintereitä ja moottoreita. Anturit ja toimilaitteet yhdistää älykkyys, joka muodostaa tilannekuvan ja ohjaa niitä siten, että auto liikkuu suunnitellulla tavalla millisekuntien ja senttimetrien tarkkuudella.

"Robottiautojen kommunikointikanava on auki, mutta viestit eivät noudata täydellisesti vielä standardeja. Syksyllä autot vaihtavat keskenään tietoa standardissa moodissa ja silloin muidenkin on mahdollista keskustella niiden kanssa", Kutila kertoo.

Autoja on tällä haavaa tutkimuskäytössä kaksi: vanhan Citroënin pohjalta tehty, ennen kaikkea kaupunkiajoa testaava Marilyn, ja uudempiMartti, joka on vaikeissa olosuhteissa ajoa tutkiva Volkswagen.

Robottiauto Marilyn on jo vanha tuttu Tiedetuubia seuranneille: video sen ajeluista on täällä.

"Suuret asiat nähdään 2021"

Seuraavaksi VTT:n robottiautoihin vaihdetaan Kutilan mukaan optisten komponenttien aallonpituuksia ja lisätään tutkan resoluutiota sekä rakennetaan lisää älykkyyttä ohjelmistoon, joka haistelee anturien kyvykkyyttä. Näin pyritään osaltaan taklaamaan vaativia sääoloja, kuten liukasta tienpintaa, peittynyttä tienreunaa tai sumua.

Robottiautojen kehityksessä lisätään pikkuhiljaa skenaarioita (kaupunkia, kantatietä, lunta, exit-ramppia), joista auto suoriutuu, sekä kasvatetaan ajonopeuksia ja hallitaan älykkyydellä vaikeita keliolosuhteita. 

"Tällä hetkellä liikenteen robotisaatio on yleisestikin ottaen vielä alkumetreillä – suuret asiat nähdään vuonna 2021 ja sen jälkeen. Tämä on eräänlainen 'never ending story'. Varmaa on, että koodirivien määrä autossa kasvaa räjähdysmäisesti tulevina vuosina - nyt puhumme ehkä 3000 rivistä", Kutila arvioi. 

Robotiikka tulee myös kuorma- ja linja-autoihin, mutta eri muodossa. Sen sijaan työkoneet kulkevat tietyllä tavalla robotisaatiokehityksen eturintamassa. Niiden työalueeseen voidaan tehdä rajoitteita, jotka helpottavat automatisointia. Liikenteessä rajoitteiden tekeminen ei ole yhtä helppoa.

Turvallisuus ja kyberuhkat tulevat mukaan entistä vahvemmin, kun ajoneuvojen IoT eli esineiden internet ja tietoverkot etenevät. Täysin luotettavasti toimivan ja ympäristöään havainnoivan auton kehittämiseen tarvitaan vielä paljon työtä. 

"Se, mitä autoissa on tänään, ei ole syntynyt puolessa vuodessa, vaan on yli 20 vuoden työn tulos", Kutila muistuttaa.

Teknologian tutkimuskeskus VTT tekee yhteistyötä myös maailmanluokan brändien, kuten Daimlerin, Fiatin, Renaultin, VW:n, Boschin ja Autolivin kanssa. Suomalaisista kumppaneista useissa kehityshankkeissa ovat mukana muun muassa LinkMotion, Tieto, TTS, Taiple Telematics, Unikie, Vaisala, Oplatek ja Modulight.

Juttu perustuu VTT:n tiedotteeseen.

Eikö kukaan ole ohjaimissa?

Pe, 05/10/2013 - 18:18 Jari Mäkinen
EC145 ilmassa ilman ilmailijoita.

Autopilotti on arkipäivää lentokoneissa, mutta ohjaamossa on silti lentäjä. Kohta heitäkään ei enää tarvita – ainakaan aina.

Täysin automaattisesti ilman lentäjiä lentävä liikennelentokone on toisien haave, toisien kauhukuva. Tietokoneet ja automatiikka tuskin ovat koskaan yhtä hyviä kuin parhaimmat lentäjät, mutta ne ovat jo nyt parempia kuin huonot pilotit. Tekniikka kehittyy joka tapauksessa koko ajan, ja huhtikuussa automaattilentämisessä otettiin kaksi askelta eteenpäin.

Huhtikuun 25. päivänä Eurocopter lensi ensimmäisen kerran julkisesti tarpeen mukaan miehitettyä EC145 -helikopteriaan, joka kykenee lentämään täysin itsenäisesti, mutta jonka puikkoihin voivat lentäjätkin hypätä kun tilanne niin vaatii tai kun siltä tuntuu. Kyseessä on testilaite, missä käytettyä tekniikkaa voidaan myöhemmin käyttää suuremmissa ja pienemmissäkin koptereissa.

Samoin huhtikuun lopussa BAE Systems -yhtiön kokekone lensi normaalissa ilmatilassa 800 kilometrin matkan ilman aktiivisesti lentäviä lentäjiä. Kyydissä oli kyllä varmuuden varalta kaksi lentäjää ja kaksi systeemejä tarkkaillutta insinööriä, mutta lennosta vastasivat koneen automatiikka ja maassa ollut lentäjä. Koneen pilotit olisivat voineet kuitenkin ottaa koneen haltuunsa koska tahansa, jos tarve olisi vaatinut.

Mullistavinta lennossa oli se, että sen aikana ei tapahtunut mitään mullistavaa. Jetstream nousi ilmaan Wartonin lentoasemalta ja kunhan kone oli ilmassa, pilotit antoivat ohjaimet lentokoneelle, joka kävi kääntymässä Skotlannin ylämaiden päällä Ivernessin luona ja palasi takaisin lähtöpaikkaansa. Lentäjät suorittivat vielä laskeutumisenkin, koska laitteistoa ei ole tehty toistaiseksi siihen.

Virallisesti kyseessä oli pisin virallisesti miehittämättömäksi lentolaitteeksi luokitellun koneen lento normaalissa siviili-ilmatilassa muiden ilma-alusten kanssa. Jetstream, 19-paikkainen potkuriturpiinikone, ei ole myöskään enää pieni lennokki, vaan kunnollinen matkustajakone. Tarkempia tietoja koneesta ja lennosta on
BAE Systemsin nettisivuilla.

Konetta ja sen tekniikkaa on kehitetty jo parin vuoden ajan brittiläisessä ASTRAEA -tutkimusohjelmassa ja huhtikuussa tapahtuneesta ennätyslennosta kerrottiin Lontoossa viime viikolla pidetyssä kokouksessa.

Kone lentää ihmistä paremmin

Suuri osa liikennelentokoneista käyttää jo nyt runsaasti automatiikkaa, eikä nykyaikainen lentäminen onnistuisi enää ilman autopilottia. Koneiden porrastukset ilmatilassa on tehty usein niin lähekkäisiksi, että vain automaattinen lentäminen tekee liikenteestä sujuvaa: perinteisesti lentäessä, ja yhä edelleen poikkeustapauksissa, pitää koneiden ympärille jättää enemmän tilaa. Lentoreitit monilla suurilla lentokentillä noustessa ja laskeutuessa ovat nekin usein melusäädösten ja liikennerajoitusten vuoksi niin mutkikkaita, että käsin lentäen pilotit olisivat pulassa.

Korkealla lennettäessä myös autopilotti helpottaa lentämistä niin paljon, että käsin siellä lennetään enää erittäin harvoin. Myös huonossa säässä laskeuduttaessa autopilotti reagoi tuulenpuuskiin ihmistä nopeammin ja navigointisysteemit tunkevat ihmissilmää paremmin sumun läpi.

Automatiikka pettää toki aina välillä, mutta se on pelastanut tuhansia ihmishenkiä: nykyinen erittäin korkea turvallisuustaso on pitkälti automatiikan ansiota.

Ihmistä ohjaamossa on kuitenkin vaikeaa korvata kokonaan, koska automatiikka ei pysty tekemään hyvin ratkaisuita erikoistilanteissa. Niinpä täysin automaattista lentämistä tutkittaessa on tärkeää keskittyä automatiikan toimimiseen näissä omalaatuisissa tapauksissa. Eräitä tällaisia tilanteita ovat huonon sään väistäminen ja visuaalisten havaintojen tekeminen. Tietokoneet eivät pysty muun muassa erottamaan kuumailmapalloa pilvestä. Vaikka tutka ja monet muut systeemit voivatkin havaita kohteita ja sääilmiöitä koneen edessä, on "perinteinen" visuaalinen havainnointi edelleen tärkeää.

Automaattikoneen pitää tarkkailla samoin alla olevaa maastoa mahdollisen pakkolaskun varalta. Lentoliikenne luottaa myös edelleen pitkälti puheeseen radioliikenteessä, joten automaattisen koneenkin pitää pystyä kertomaan muille mahdollisista yllättävistä liikkeistä ja siitä, mitä se on tekemässä. Sen täytyy pystyä toimimaan kuten ihmisten lentämän koneen.

Villeimmissäkään kuvitelmissa ei toistaiseksi ole täysin riippumattomia ja automaattisia lentokoneita, sillä joka tapauksessa maassa oleva lentäjä voisi ottaa koneen haltuunsa omituisissa tilanteissa satelliittiyhteyden avulla. Sen jälkeen hän voisi lentää konetta samaan tapaan kuin nyt sotilaat lentävät kaukana olevia lennokkejaan – lennokkeja, jotka nekin ovat kooltaan lähes Jetstreamin luokkaa.

Samoin kuin automaattiautot, ovat automaattilentokoneet jo avan oven takana: Yhdysvalloissa on tarkoitus avata ilmatila miehittämättömille lentokoneille vuonna 2015.

Eurocopter EC145 koelennollaan.
Kauko-ohjauspisteessä.

Ohjaajan kanssa tai ilman

Lentäjän ja automatiikan tosiaan täydentävät roolit korostuvat helikoptereissa, jotka esimerkiksi pelastuslennoilla joutuvat lentämään huonoissa olosuhteissa, vaikeissa paikoissa ja leijumaan tarkasti paikallaan kovissakin puuskatuulissa. Toisinaan – etenkin sotilaskäytössä – samaa kopteria olisi erittäin kätevää pystyä lentämään tilanteen mukaan joko automaattisesti tai perinteisesti.

Niinpä Eurocopter -yhtiö (kuten kaikki muutkin kopterirakentajat) tutkivat hyvin intensiivisesti automaattilentämistä. Yhtiön uudella automaattilentolaitteistolla varustettu EC145 -helikopteri teki huhtikuussa ensimmäiset koelentonsa Istresissä, Ranskassa, ja Donauwörthissa, Saksassa. Toimittajille ja yleisölle kopteria esiteltiin Istresissä 25.4.

Lennolla EC145 nousi lentoon ilman lentäjiä, lensi pienen ennakkoon ohjelmoidun reitin, vapautti köyden varassa roikkuneen ulkoisen kuorman ja teki simuloidun tarkkailulennon, minkä jälkeen se laskeutui takaisin alas. Lentoa tarkkailtiin koko ajan kauko-ohjauspisteessä ja siellä olevat lentäjät olisivat voineet ottaa ohjaimet haltuunsa koska tahansa.

Eurocopterin tavoitteena on kehittää automaattilentolaitteisto, joka voisi olla otettavissa mihin tahansa yhtiän helikopteriin. Koekone on täysin normaali tuotantoversio EC145 -helikopterista, missä on nykyaikainen autopilotti ja täydellinen navigointilaitteisto. Ilman lentäjää kopterin saa lentämään yksinkertaisesti lentäjien istuimien taakse avioniikkaräkkiin asennettavilla laitteistoilla, jotka linkittävät kopterin kauko-ohjauspisteeseen ja muuttavat ohjaimet etäkäyttöisiksi. Lisäksi systeemiin kuuluu koko joukko kameroita, joiden avulla lentoa voidaan tarkkailla ja oikestaan missä vain sijaitseva lentäjä pystyy näkemään ulos lentolaitteestaan.

Automaattisen lennon ja kauko-ohjauksen lisäksi kopteri pystyy ongelmatilanteissa asettumaan leijumaan paikalleen ja odottamaan ohjeita ohjauskeskukseltaan sekä tarpeen vaatiessa laskeutumaan alas täysin itsenäisesti sopivalta vaikuttavaan paikkaan, mikäli kauko-ohjauslinkki pettää.

Olennaisin asia, mitä kauko-ohjaus ei toistaiseksi pysty lentäjilleen tuomaan, on niin sanottu takapuolituntuma. Se kertoo lentäjälle aivan yhtä paljon kuin kamerat ja instrumentit.

Lisääntyvä automatiikka ja täysin automaattiset lennot tuovat mukanaan myös jo nyt autopiloteilla lentämisessä tutun ongelman: mitä vähemmän lentäjät lentävät itse ja mitä vähemmän heillä on "takapuolituntumaa" ja kokemusta, sitä harvemmin he haluavat ottaa ohjaimia itselleen. Ja valitettavasti yleensä tilaneet, joissa niin täytyisi tehdä, ovat vaikeita. Sellaisia, joissa kaivataan kokenutta lentäjää, ihmistä, joka pystyy tuomaan koneen tai kopterin turvallisesti Maahan, kun kaikki sähköhärpäkkeet pettävät.

Kuvat: BAE Systems ja Eurocopter