Fram til i dag har NASA landsatt fire rovere på Mars. Dette er soldrevne roboter med seks hjul og robotarmer som kan ta jordprøver og betjene kamera. Sojourner landet i 1997, Spirit og Opportunity i 2003, mens den mer avanserte Curiosity ble landet i fjor sommer.

– Framkommelighet er en utfordring. Roveren Spirit gikk tapt etter at den kjørte seg fast i sanden på Mars.  Kjøretøyene kommer heller ikke til på mange steder det skal tas prøver, forteller Pål Liljebäck og Aksel Transeth på SINTEF IKT.

Forskerne er i gang med en mulighetsstudie på oppdrag fra ESA. Å kombinere rover som kan forflytte seg over større avstander – med en slangerobot som kan krype på bakken og nå fram til utilgjengelige steder, kan gi mange muligheter. Det tror både ESA og forskerne.

I dag analyseres jordprøver fra Mars ombord i selve roveren, og  resultatene kommuniseres tilbake til jorda. Men ESA vil også se på muligheter for å få returnert jordprøver til jorden. Slangeroboter kan bistå i innhenting av slike prøver ettersom de muliggjør tilkomst på trange steder hvor rovere ikke kommer til.

En arm blir slangerobot

–Vi ser på flere alternativer for at rover og robot kan jobbe sammen. Siden roveren har en kraftig energikilde, kan den tilføre slangeroboten strøm gjennom en kabelkobling mellom roveren og slangeroboten. Skulle roboten bruke egne batterier, ville den gå tom for strøm og dermed gå tapt, sier Aksel Transeth.

–En mulighet er at slangeroboten utgjør den ene armen på kjøretøyet, og at den kan koble seg av/på så den kan slippes ned på bakken og krype rundt på egen hånd.

Forskerne ser for seg at mens roveren kan forflytte seg over lengre strekninger, kan slangeroboten koble seg av og krype inn til små, utilgjengelige områder.  En kabel kobler roboten til kjøretøyet. I kabelen er det strøm og trekkraft siden kabelen kan vinsjes tilbake til roveren. Kommunikasjonen mellom de to skjer via kabelsignaler.

–Koblingen mellom robot og rover gjør at slangeroboten muligens også kan bistå om kjøretøyet skulle sette seg fast, sier Liljebäck.  –Da kan roboten som slippes ned på bakken, kveile seg rundt en stein for så å trekke roveren løs ved å kjøre kabelvinsjen som trekker slangeroboten mot roveren.

SINTEF-forskerne Pål Liljebäck (t.v.) og Aksel Transeth leker seg med slangeroboten Wheeko. I bakgrunnen Knut Robert Fossum ved CIRiS, NTNU, som er partner i prosjektet.

Slangeroboten heises opp

Et annet scenario for hvordan kjøretøy og slangerobot kan samarbeide, er at roboten er plassert under eller oppe på roveren. Det vil kreve en heisemekanisme som plukker opp roboten, får løftet den opp og koblet den til roveren.

Forskerne presiserer at de nå foretar en konseptstudie. Det er noe annet å være på Mars enn på jorda, og det må sjekkes om teknologien for en slangerobot også kan fungere på planeten.
I desember vil det foreligge mer konkrete konsepter, men en del av mulighetsstudien er nettopp å identifisere utfordringer og “stoppere” som dette.

Rapport til ESA

–På Avdeling for Anvendt kybernetikk har vi jobbet med slangeroboter i mange år i tett samarbeid med Institutt for Teknisk kybernetikk ved NTNU, og miljøet vårt har lenge hatt ideer som dette, sier Transeth og Liljebäck. –Først nå ser vi anvendelsene begynner å komme, og det er flott å få anledning til å orientere ESA om framtidsteknologien på feltet. Studien vår vil ende opp i en rapport som sendes rundt i ESA-systemet. Det vi håper er at ESA trigger på idéene våre og at det blir satt igang et målrettet utviklingsløp rundt et slikt system.

Se videoer: http://robotnor.no/research/serpentine-robots-for-planetary-exploration-serpex/

På Bloomberg TV, London:

http://www.bloomberg.com/video/robot-snakes-on-a-plane-to-mars-it-could-happen-3ogHmKIpQ6u_j03e6LNOHQ.html

Forskere ved NTNU jobber med å gjøre ubemannede fly enda bedre og så billige som mulig. Operasjoner og ekspedisjoner med skip, helikopter og spesialpersonell er ressurskrevende, koster mye og er ofte farlige. Ubemannede fly gjør jobben og er billige.

Spesielle sikkerhetstiltak

Forskerne testet et ubemannet fly av typen Penguin B på Ørlandet. Flyet flyr over lang distanse – såkalt BLOS, «beyond line of sight» – og går flere titalls kilometer utover sjøen.

– Vi tester ny antenne og kommunikasjonsteknologi for overføring av videobilder med høy datarate over lang avstand. Dette gjør vi i samarbeid med Trondheimsfirmaet Radionor Communications. Videre samler vi forskere fra NTNU inn egne data, og vi har forskningsprosjekter knyttet til havbruksnæringen som også er aktuelt å samle inn data til.

Tor Arne Johansen.

Det sier professor Tor Arne Johansen ved Institutt for kybernetikk og AMOS, Senter for autonome marine operasjoner og systemer, der han leder to forskningsprosjekter: Ubemannede farkoster og grønnere drift av skip og offshore.

– Vi iverksetter spesielle sikkerhetstiltak når vi tester et ubemannet fly. Flyvningen foregår også innenfor kontrollert luftrom. Det er for å sikre at flyene ikke kolliderer med annen flytrafikk og for at vi ikke skal miste kontroll over flyet hvis radiosambandet eller navigasjonsutstyret i flyet svikter, forklarer Johansen.

Unngår kollisjon med hvaler

Lorenzo Fusini prøver ut utallige kombinasjoner av sensorer og algoritmer før flyet får lov å lette.

– Hvis maskiner kan innhente informasjon like bra som mennesker, kan alle bransjer bruke ubemannende fly, sier Lorenzo Fusini som er stipendiat ved Institutt for teknisk kybernetikk og AMOS. Fusini er fra Italia, har vært i Norge snart et år, og snakker allerede nesten flytende norsk.

Ordet kybernetikk kommer fra kybernetes (gr.) som betyr styrmann eller rormann, «den som styrer». Kybernetikere forsker på ubemannet, automatisk og intelligent styring av fly, kjøretøyer, roboter over og under vann, industrielle prosesser og styrbare systemer innenfor medisin som proteser.

– Ubemannede fly brukes i dag for å utforske vanskelige strøk i Arktis. Et ubemannet fly kan sjekke hvor mye is det er og hva slags type is der et skip planlegger å kjøre. Vi har også som mål at flyene skal brukes til miljøovervåking av dyr, natur og temperaturer, kartlegge katastrofer på havet og lete opp mennesker og materiell i redningsoperasjoner.

– Et ubemannet fly kan for eksempel overvåke hvaler i leia de svømmer for å se hvordan hvalene beveger seg. Informasjonen sendes til skip slik at de kan styre utenom leia og unngå farlige kollisjoner med hvalene, forklarer Fusini.

Kamera, sensorer og GPS styrer flyet

Kamera, sensorer og GPS utgjør flyets navigasjonssystem. Lorenzo Fusini må prøve ut mange kombinasjoner av sensorer for å finne hvilken kombinasjon av sensorer som er optimal for flyets navigasjon.

Vanskelig vær, tekniske komplikasjoner og andre ting kan oppstå når flyet er på vingene. Fusini må derfor også bygge inn mange mulige situasjoner i algoritmene for flyets program. Algoritmene håndterer flyets kamera og sensorer, og bestemmer at når kamera og sensorer ser det og det, skal det og det skje med flyet.

Kart og terreng skal stemme

Carl Erik Stephansen fra Maritime Robotics taxer Penguin B-flyet. Foto: Tor Arne Johansen

Kameraet kan filme 360° og gir informasjon om avstander, høyde og hastighet. Kameraet leter fortløpende etter gjenkjennbare objekter på bakken eller havet og bruker informasjonen til å justere kursen hvis flyet er ute av sin opprinnelige kurs. Objekter kan bety alt fra by, bygninger, fjell, knauser, trær, skip og endatil bølgetopper.

Før avgang har flyet dessuten fått programmert inn kart over området det skal fly i, for eksempel kartet «rundt Trondheim». Flyet sammenligner kartet med bildene som kameraet tar, og justerer kursen om nødvendig.

Men kart bruker mye minne, og tunge beregninger og grafikk er komplisert og bruker mye energi. Dette er også ting Lorenzo Fusini må ta med i beregningen.

Operatøren på bakken følger med

Viktig for dagens forskning på ubemannede fly er å gjøre flyene så robuste som mulig. Det gjør flyene mindre sårbare for feil og reduserer behovet for at operatøren på bakken eller skipet må gripe inn i programmet når flyet er på vingene.

UAV-operatør Lars Semb følger flyet nøye og kan gjøre endringer i programmet som styrer flyet. Foto: Tor Arne Johansen

– Operatøren kan for eksempel se at objekter beveger seg sakte i kameraet. Det betyr at flyet går høyt. Beveger objektet seg fort i kameraet, går flyet lavt. Om nødvendig kan operatøren legge ny informasjon i flyets programvare. Da forstår flyet hvilken kurs det nå må gå, sier Lorenzo Fusini.– Selv om et ubemannet fly navigerer og styrer selv, er operatøren ansvarlig og skal også kunne overstyre automatikken i flyet og foreta nødprosedyrer hvis det oppstår feil i navigasjonssystemet og ellers. Det er viktig for sikkerheten. I Luftfartsverkets regelverk heter det derfor fjernstyrte fly («remotely piloted aircraft systems») og ikke ubemannede fly («unmanned aerial vehicles»), avslutter Tor Arne Johansen.

Når de ulike delene av en kontorstol skal settes sammen, glir operasjonene smidig og automatisk ved produksjonsenheten SB Seating på Røros. Men når hjulene skal monteres, må menneskehender ta over. De fem hjulene som ligger hulter i bulter i en kasse, må plukkes opp og plasseres i ei renne før roboter tar over igjen og plasserer dem på stolføttene.

Nå mener forskere fra SINTEF at de har funnet løsningen som kan effektivisere produksjonen og redusere kostnadene.

Roboter for å se og gripe

Vi befinner oss i et lyst og rommelig laboratorium i Trondheim.  Her har arbeidet  med å optimalisere produksjonslinja til industrien, pågått.

Forsker Sigurd Albrektsen har rigget seg til med pc’en rettet mot oppsettet av to robotarmer og en kasse med hjul. Han forteller at den ene roboten er utstyrt med gripeverktøy, mens den andre har 3D-syn (laser og avansert kamera) som gjenkjenner og finner posisjonen til ulike deler.

–Griperoboten kan plukke hjulene på fire ulike måter, forklarer han mens han trykker på startknappen. –Det er viktig siden de ligger i ulike posisjoner.

Siden SB Seating produserer en stol i løpet av 20 sekunder, må forskerne få roboten til å plukke et hjul hvert 4. sekund. Og i løpet av de neste sekundene hentes da også hjulene kjapt opp av kassen av griperoboten.

Langt i utviklingen

–”Bin-picking” har vært et problem i alle forskningsmiljø i mange år, kan prosjektleder Svein Peder Berge på SINTEF IKT opplyse. –Dagens plukke-roboter er flinke til å plukke deler som ligger i bestemte posisjoner, men ikke om de ligger usorterte i en eske. Nå forteller vi roboten hvilket hjul den skal plukke ved å bruke en tegning (CAD-modell). Vi lærer roboten å gjenkjenne hjulet og hvordan det ligger i esken så den kan gripe dette nøyaktig og greie å plukke uansett hvordan hjuldelene ligger i esken.

Se roboten i arbeid:

Løsning med videre perspektiv

Stein Are Kvikne på SB Seating, sier at plukking av hjul er valgt som et aktuelt case fordi bedriften nå bruker en robotmontasjecelle som monterer hjul inn i fotkryss.
–I dag må hjulene magasineres opp manuelt av en operatør. Det er en jobb som ikke er spesielt utfordrende for et menneske og heller ikke optimal ut fra et HMS perspektiv.  Om vi velger å automatisere akkurat denne operasjonen, vil det i all hovedsak være motivert ut fra slike hensyn, sier Kvikne. -Produktivitetsgevinsten får vi igjen i form av bedre arbeidsmiljø og bedre utnyttelse av operatørens kjernekompetanse.

Men Kvikne understreker at roboten fra SINTEF viser løsninger som har interesse langt ut over plukking av stolhjul:
– De demonstrerer en generisk teknikk hvor man kan håndtere mange ulike komponenter i samme løsning. Kombinasjonen av 3D-vision, en fleksibel robot/griper og en 3D- CAD modell av komponenten, gjør at vi kan plukke komponenten direkte ut fra transportemballasje uten annen håndtering. Vi ser at vi nå er veldig nær en løsning som det er aktuelt å investere i for oss, både fra et teknologisk og økonomisk perspektiv, sier han.

Av Arne Asphjell

– Torsken er sta og lunefull, laksen er dum. Seien derimot, er den ideelle fisk for vårt formål, sier professor Jens G. Balchen ved Institutt for teknisk kybernetikk, NTNU. I mer enn tretti år har han vært opptatt av styring av fisk, og konklusjonen er at seien er den som lettest tar dressur.

– Seien liker vi godt, det er en klok fisk, sier Balchen. Nå har han en “gjøsei” gående i Atlanterhavsparken i Ålesund. Den er tykk som en gris, ifølge Balchen og veier godt over ti kilo. Med så mye opplagsnæring kan den gå et helt år uten fôr.

Balchen har flere ideer for hva en slik cyberfisk kan brukes til, for eksempel kan den utstyrt med kamera overvåke rørledninger på havbunnen. En annen mulighet er å bruke robotfisken som “gjeterfisk” for fiskestimer som skal fanges. Balchen sier han gjerne hører fra forskning og næringsliv som kan ha interessante anvendelser for en styrbar fisk.

Gjøseien skal testes

En klok fisk som kan klare seg et år uten å fylle drivstoff, er nettopp det Balchen trenger når han skal ha en robotfisk han kan styre. Den feite seien i Ålesund skal opp til viktige prøver i slutten av oktober. Da blir den utstyrt med utspekulert elektronikk, og professor Balchen skal se om seien adlyder hans elektroniske ordrer om hvor den skal svømme. Flere metoder er prøvd i løpet av de årene disse forsøkene har pågått, blant annet har Balchen og hans folk forsøkt å utstyre fisken med tømmer for styring som en hest. Det virket ikke så bra. Men nå har forskningsteamet fått fisken til å bevege seg til babord eller styrbord på kommando.

– Fisken liker ikke å bli tatt på, og vi utnytter dette for å styre den, forklarer Balchen. Det er spesielt gjellelokket som er følsomt for berøring. Ved hjelp av ultralyd aktiviseres små motoriserte klaffer på hver side av fisken, slik at den kan påvirkes til å bevege seg til høyre og venstre.

Lurer fisken

Å få fisken til å bevege seg opp og ned har vært vanskeligere. Metoden er under patentering, og Balchen vil ikke røpe for mye. Men han avslører at han kan lure fisken til å tro at den står på en annen dybde enn den faktisk gjør, og dermed kan man få den til å gå mot dypet eller opp mot overflaten. Noen vil nok ha betenkeligheter med å utstyre en fisk med høyteknologisk utstyr og styre den til å utføre bestemte oppgaver.

– Vi holder oss innenfor de etiske regler, sier Balchen, som mener at det han holder på med umulig kan være verre enn hundedressur eller hestetemming.

Av Elin Fugelsnes, NTNU

Den pennelignende tingen vi holder i handa, virrer først i løse lufta. Så støter spissen plutselig på noe hardt – en virtuell robotlegg. Vi fører pennen videre oppover og kjenner alle robotens konturer, fra fot til hode. I virkeligheten tegner vi fortsatt i løse lufta.

Den avanserte pennen er festet til en datamaskin som sender ut bildet av roboten. Skjermen på maskinen bikker svakt nedover slik at bildet reflekteres i en spesiell gjennomsiktig speilskjerm.

Utregninger har gjort det mulig å finne ut hvor vi kommer til å se refleksjonen av roboten gjennom 3D-brillene, og så programmere pennen til å gjøre motstand når den treffer punkter på den virtuelle roboten.

Fantomfølelse

Studenter fra videregående skoler i Trondheim var invitert til Supercomputing Day i forbindelse med Forskningsdagene. De stod i kø for å få prøve maskinen, som kalles Phantom.

Maskinen hos Institutt for datateknikk og informasjonsvitenskap (IDI) er én av de avanserte anskaffelsene i laboratoriene for virtuell virkelighet på Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU).

Studentene har allerede latt seg imponere av den virtuelle RAVE-laben (Reconfigurable Advanced Virtual Environment) på Institutt for petroleumsteknologi og anvendt geofysikk. Her var studentene omgitt av virtuelle effekter. I det ene øyeblikket hang en hjerne foran øynene deres, i det neste var de langt under jorda og lette etter olje.

Men mens du i RAVE-en strekker handa ut i intet når du prøver å ta på noe, kan du faktisk føle objektene med Phantom.

Virtuell presentasjon

Anne Øverkil har aldri vært inne i en virtuell virkelighet før.>- Jeg har aldri prøvd 3D før, så det var litt ekkelt. Samtidig var det veldig interessant å se alt det som faktisk er mulig, sier Anne Øverkil.
Hun går siste året ved Ole Vig videregående skole, og har valgt IT som fordypning. Hun har ikke bestemt seg for hva hun vil studere senere, men utelukker ikke at hun kommer tilbake til den virtuelle virkeligheten.
- Jeg har ikke peila meg inn på noe fagområde ennå – jeg kommer til å velge det som er interessant. Men det var kjekt å komme hit på presentasjon, det blir noe annet enn bare å lese om det, sier tredjeklassingen.
Sveve over Svalbard
NTNU begynte satsingen på virtuell virkelighet-teknologi for litt over to år siden. Kommende arkitekter, medisinere, geologer og produktdesignere er blant dem som bruker de virtuelle hjelpemidlene i undervisningen.

For å skape en tredimensjonal virkelighet må to prosjektører sende ut bilder samtidig.
I naborommet ble studentene tatt med på en geologisk reise på Svalbard. To prosjektører sender ett bilde for høyre øye og ett bilde for venstre øye på et lerret, og med enkle 3D-briller svever vi med ett over Svalbards fjelltopper.
I løpet av sommeren har fem slike installasjoner funnet veien til NTNU. Nå er en virtuell hanske og hjelm neste punkt på innkjøpslista til amanuensis Torbjørn Hallgren. En hanske vil gjøre det mulig for oss å kjenne på alle slags virtuelle bilder.
Hallgren ser mange muligheter for bruk av Phantom-maskina. Hittil brukes bare demonstrasjonsprogrammer fra produsenten, men flere NTNU-studenter jobber med å utvikle egne programmer og modeller som kan legges inn.
Både se og røre

RAVE-laben er som en hule hvor man blir omsluttet av en kunstig virkelighet.
- Oljegeologi er særlig aktuelt. Etter hvert håper vi å kunne benytte de samme modellene som brukes i RAVE-laben, slik at vi både kan se dem og ta på dem, sier amanuensen.
NTNUs virtuelle verden gir også nye muligheter i den virkelige verden. Akkurat nå diskuteres det med Norsk Hydro om muligheter for å bruke Phantom til å tolke bilder av havbunnen.
- 3D-teknikken blir brukt til å vurdere de ulike flatene som oljen ligger mellom. Det å kunne føle på flakene vil bringe inn et nytt element. Det samme gjelder for prøvestrengene man tar opp i forbindelse med prøveboring, påpeker Hallgren.
Attraktive arbeidssøkere
IDI har en stor søkermasse til datagrafikk. Hallgren tror VR-satsingen kan ta en del av æren for det.
- Dette har appell til studentene. Samtidig tror jeg vår satsing innen virtuell virkelighet er med på å gjøre studentene mer attraktive på arbeidsmarkedet, sier Hallgren.

I motsetning til oppdrettslaks, varierer hvit fisk mye i størrelse og vekt. Det gjør at man fram til nå ikke har lyktes med å lage maskiner som kan filetere fisken.

Men nå er fileteringsmaskinen klar som kan bety et positivt oppsving for norsk fiskeindustri.
Maskinen er et resultat av et prosjekt i regi av Nordisk Innovation der Sintef, Marel, Faroe Origin og Norway Seafoods har samarbeidet om utviklingen.

Ut med beina

Hvit fisk er komplisert og tidkrevende å filetere fordi beina er vanskelige å finne og fjerne. Tre til syv prosent av den mest verdifulle delen av fisken skjæres derfor unødvendig bort i dag.

Forskere ved SINTEF IKT har sammen med Marel utviklet røntgenløsningen benyttet i fileteringsmaskinen.  De har bruk CT-skanneren på Rikshospitalet for å lære mer om hvor beina i fisken sitter.

Den nye maskinen lokaliserer fiskebeina med røntgenteknologi, og fileterer fisken raskt og presist med en kraftig vannstråle. Det betyr at fisken er garantert beinfri og har betydelig mindre svinn enn ved manuell filetering. Se video av fileteringsmaskinen: http://youtu.be/BgPSmJ0n1Nc

Å filetere hvit fisk har vært et problem til nå siden fisken varierer så mye i størrelse og form.

Foredling i Norge

–Norge eksporterer bare 10-25 prosent bearbeidede produkter – avhengig av om det er hvitfisk eller oppdrettsfisk, sier Marit Aursand, forskningssjef ved SINTEF Fiskeri og havbruk.
–Flere av de viktigste sjømatproduktene våre – som laks, torsk og sild, blir minimalt behandlet eller foredlet før de sendes ut av landet. Mulighetene for å foredle mer i Norge er med andre ord stort, og roboten kan bety et gjennombrudd ved at vi får et sårt trengt konkurransefortrinn overfor lavkostnadsland  i Asia, Øst-Europa og Russland, sier Aursand.

I dag kan fisk fanget i Lofoten vandre gjennom to andre land for filetering og pakking før den igjen returnerer til Norge. Den nye oppfinnelsen vil derimot gjøre det mulig å sende fersk fisk direkte fra norske anlegg til butikkene.

– Fiskeforedling i Norge vil snart være en saga blott hvis ikke fileteringsprosessen automatiseres og blir effektiv og lønnsom. Derfor er den nye oppfinnelsen så viktig. Vi kan få høyere kvalitet og større utvalg av ferske fiskeprodukter, samtidig som industrien beholdes på norsk jord, sier Aursand.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i februar 2012.

Før konkurrerte vi mot europeiske aktører. Nå er det kineserne som puster oss i nakken, sier Tore Fløan.

Han er teknisk sjef hos Glen Dimplex Nordic i Stjørdal utenfor Trondheim. Her, i den 16 500 m2 store fabrikken, produseres moderne panelovner til et internasjonalt marked, med Russland som største kunde. Ifølge Fløan er det roboter som holder lavkost-kineserne på betryggende konkurranseavstand og sikrer videre drift, til tross for finanskrisa.

I fabrikken arbeider cirka 120 medarbeidere på to skift, assistert av 15 produksjonsroboter – som jobber hele døgnet året rundt.

Bedriften, som en gang var norskeid og het Nobø Fabrikker, ble senere sammenslått med Siemens Electrical Heating, og er i dag en del av et internasjonalt, irsk industrikonsern med svært moderne produksjonslinjer.

– Jeg er overbevist om at det du ser her – det klarer ikke kineserne å gjøre verken billigere eller bedre, sier Fløan og smiler.

Han viser oss to gigantiske roboter som utfører en dans så elegant og synkront at den hadde vært en argentinsk tango verdig. Fra de innprogrammerte dansetrinnene fødes en ferdig montert komponent hvert fjortende sekund. Helt uten menneskelig inngripen.

Men effektive og ubemannede roboter har ikke fått de ansatte til å protestere. Her hos Glen Dimplex Nordic er de omfavnet av både klubb, ledelse, styre og eiere. De første produksjonsrobotene ble montert alt i 1998. Litt etter litt har det blitt flere. Og enda flere skal de bli.

– Vi har lenge hatt tradisjon for å jobbe sammen med NTNU og SINTEF. Flere av produksjonslinjene våre er resultater av dette samarbeidet. Nå deltar vi i forskningsprosjektet Next Generation Robotics for Norwegian Industry sammen med fem andre norske bedrifter. Målet er å utvikle roboter som har menneskelige evner og kan gjøre mer enn bare enkle, repetitive oppgaver. Dette kan blir nyttig for å opprettholde konkurransekraften, sier Fløan.

Den globale lavkostkarusellen

I fjerde etasje i det som på folkemunne kalles Electric Garden, på Gløshaugen i Trondheim, sitter forskningsleder Ingrid Schjølberg i SINTEF og skuer ut over historiske Trondheim. Men det er framtida som opptar henne. Som prosjektleder for satsinga «Next Generation Robotics» har hun så stor tro på roboter at hun spår de vil bli en del av hverdagen til deg og meg om ikke lenge. Men det som virkelig driver utviklingen innenfor fagfeltet, er bedrifter som nettopp Glen Dimplex Nordic.

– Skal norske vareproduserende bedrifter klare å hevde seg i en global og konkurranseutsatt verden, gjelder det å tenke smart. Derfor arbeider SINTEF og NTNU tett med industrien for å utvikle neste generasjon roboter: maskiner som kan se, gjøre egne vurderinger – og lære av dem, og sist, men ikke minst, utføre de oppgavene som du og jeg helst vil slippe, sier Schjølberg.

På deltakerlista i prosjektet står også Statoil, Hydro, Tronrud Engineering, SbSeating (HÅG) og RobotNorge. Tronrud Engineering har rollen som sluttleverandør: den som sørger for kommersialisering og robuste sluttprodukter.

Roboter i tungindustrien

Metallindustrien er en viktig underleverandør til annen norsk industri, og det er behov for å øke graden av automatisering i flere ledd av produksjonen for å stå bedre rustet i det internasjonale markedet. Robotisering er likevel lite utnyttet, forteller sjefingeniør Odd-Arne Lorentsen.

På aluminiumsverket på Sunndalsøra benyttes det karbon-anoder, som veier flere tonn, i elektrolyseprosessen. Anodene inngår som en del av prosessen, og forbrennes mens aluminium blir produsert. Etter 3–4 ukers drift blir anoderestene tatt ut fra elektrolysecella og erstattet med nye.

Et lag med knust elektrolytt blandet med alumina plasseres på toppen av de nye anodene for å redusere varmetapet og unngå at anodene brenner under drift. Og siden karbonet er verdifullt, må dette elektrolyttlaget fjernes når karbonrestene skal resirkuleres og gå inn i ny produksjon.

– Vi bruker en mer eller mindre helautomatisk anoderensestasjon i dag, men har slitt med at dette systemet ikke fjerner alle restene godt nok. De kan dermed ende opp i de nye anodene og forringe anodekvaliteten, sier Lorentsen.

Gjennom å bruke et robotsystem i kombinasjon med visuell deteksjon som kan se forskjell på anodemateriale og gjenvinningsrestene, håper Hydro Aluminium å få dette til automatisk.

I tillegg er det flere andre arbeidsposisjoner i dag, som bedriften vurder å automatisere.

– Greier vi å bruke roboter til flere av operasjonene, vil vi kunne forbedre nøyaktigheten og skjerme arbeiderne fra områder med støy og høy temperatur. Samarbeidet med NTNU/SINTEF har nå pågått i en treårsperiode, og jeg er overbevist om at dette prosjektet vil gi oss en plattform å bygge videre på, sier Lorentsen.

Et ROV-dyr

Enorme avstander. Isende kulde. Store havdyp, brutale bølger og giftige gasser. Det er kanskje ikke rart at Statoil med sine utfordringer også setter sin lit til roboter i framtida. Selskapet har i en årrekke vært brukere av såkalte ROV-er: små, fjernstyrte ubåter som er utstyrt med både kamera, verktøykasse og sist, men ikke minst, en hjerne konstruert for å utføre teknisk vedlikehold på de mest ugjestmilde områdene vi har – havbunnen. Nå retter de blikket over havoverflata. Målet er å ha operative og funksjonelle roboter på plattformdekket.

– Vi har de fire D-ene: Distent, Dull, Difficult og Dangerous, sier Anders Røyrøy. Han er prosjektleder for Statoils robotforskning og har store planer for de tenkende robotene. Men det er ikke av økonomiske årsaker:

Slik lærer roboten å gripe nøyaktig: Den ene roboten er utstyrt med gripeverktøy. Den andre har 3D-syn (laser og avansert kamera) som gjenkjenner/finner posisjonen til ulike deler i en produksjonslinje. Når en gjenstand skannes, identifiserer et spesial-designet dataprogram delen, og finner ut hvor og hvordan delen ligger. Posisjonen sendes til robot nr. 2, som omsetter informasjonen til en bevegelse og griper den aktuelle delen.
Illustrasjon: Knut Gangåsæter

– Vi gjør ikke dette for å spare penger, men for å redusere risiko for tap av liv og helse. Robotene våre skal gjøre de farlige jobbene i områder som ikke egner seg for mennesker. Det vi driver med, er jo ikke akkurat serieproduksjon, sier han.

På en plattform kan ting gå galt, og i dag er mye automatisert: På boredekket brukes det for eksempel manipulatorer for å håndtere tunge borerør, slik at disse ikke skal falle ned på folk under brønnboring.

Statoil ser for seg at de nye robotene kan brukes til mer avanserte funksjoner, som å overvåke avanserte operasjoner langt til havs, detektere avvik, og kvalitetssikre arbeidet som utføres av andre.

– Vi vet at vi har lyktes på havbunnen. Nå skal vi få til automatiserte prosesser på plattformdekket. Det er vanskeligere, sier Røyrøy. – Under havoverflaten er det selvsagt at vi skal bruke fjernstyrte roboter, mens det på en plattform er lett å tenke at vi kan løse oppgavene med mennesker.

– Oljen som finnes i dag, er ofte i områder som ligger langt vekk, og i tillegg byr på farlige omgivelser. Det kan være store mengder svovel i lufta, og i Det kaspiske hav finnes blant annet hydrogensulfid som er en lammende gass. I tillegg kan temperaturene variere mellom minus 40 til pluss 40 grader. Roboter blir den eneste mulighet for å lykkes i disse områdene, sier han.

Statoil ser også for seg å bruke noe av teknologien fra robotforskningen inn mot framtidig vedlikehold og modifikasjoner av vindturbiner, hvor tilgjengeligheten er begrenset, og reisetiden ut til installasjonene blir lang.

Det krever at robotene må ha både syn, hukommelse og være operatørens forlengede arm ut i prosessen. I tillegg trengs et godt verktøy for navigasjon og posisjonering. Og det er nettopp et slikt system SINTEF nå jobber med å gi de kloke tøffingene.

Kunstig og kognitiv

De to gigantiske robotene på Glen Dimplex Nordic i Stjørdal utfører sammen en elegant og synkron dans slik at en ferdig komponent er klar hvert 14. sekund.
Foto: Gry Karin Stimo

Schjølberg forklarer: – Det finnes mange måter å lære en maskin å huske. Felles for alle roboter er at «hjernen» deres består av en digital tabell som roboten søker gjennom til den finner det riktige svar-alternativet.

– Logisk nok. Men hvordan lager dere selve tabellen?

– En av metodene er såkalt «offline learning». Den består i å styre roboten manuelt gjennom de operasjonene vi ønsker den skal gjøre. Og så gir vi den belønning når bevegelsene blir riktige. De «riktige» dataene legges så inn i tabellen.

– Hvordan belønnes en maskin?

– For roboten må naturligvis godbiten bestå av noe den forstår, og det er tall. Derfor kan vi for eksempel gi den pluss- eller minuspoeng etter hvordan den løser oppgavene. På denne måten mater vi den med kunstige erfaringer, og slik blir roboten i stand til å foreta vurderinger selv.

Etterhvert som den jobber, vil roboten faktisk lære av egne erfaringer, akkurat som oss. Utfordringen er å lage søk som er gode og raske nok til at dette poengsystemet fungerer i praksis.

Tradisjonsrik og innovativ

Disse karbon-anodene er det Hydro vil at robot-er skal rense. De forbrennes som en del av prosessen og pådrar seg da et hvitt elektrolyttlag som må hakkes løs før anodene resirkuleres og går inn i ny produksjon.
Foto: Thor Nielsen

På tradisjonsrike Røros ligger stolprodusenten SbSeating (HÅG) som har lang tradisjon i å samarbeide med SINTEF og NTNU. Her passerer 265 000 stoler samlebåndet i løpet av et år, i mer enn ti tusen varianter. Alt produseres etter ordre og sendes samme dag som det lages.

– Vi har jobbet tett med forskerne med å utvikle produksjonsapparatet vårt, og det var beregninger derfra som overbeviste oss om at vi hadde mye å hente på intern logistikk og av å benytte roboter, sier Stein Are Kvikne.

Nå er den gode flyten og logistikken på plass. Utfordringa er å minimere de tunge, manuelle og teknisk krevende arbeidsoppgavene.

– Mange av delene våre kommer i bulk. Å gi robotene syn, slik at de kan plukke deler som ligger vilkårlig i en kasse, vil ha stor betydning for effektiviteten i fabrikken vår. Det samme gjelder automatisering av pakking som i dag er både fysisk krevende og ensformig.

En nøyaktig hånd

– Mass Customization er det som gjelder nå, sier Pål Ystgaard. – Stadig flere produkter individualiseres, og trenden gjør at de store fabrikkene må produsere varer på løpende bånd etter hvilke design kundene bestiller.

Denne dagen står forskerne Øystein Skotheim og Pål Ystgaard og finjusterer på en produksjonsrobot i laboratoriet. Den nesten to meter høye roboten ser ut som ser ut som en krysning av et sjiraffhode og en gigantisk, oransje drill. Dette er en «smartbot» som kan gripe ulike deler etter hva den måtte trenge for å utføre oppgaven sin. Roboten jobber i tospann – for ved siden av står en sølvfarget makker. Den er utstyrt med 3D-syn ved hjelp av en laser og et avansert kamera, og er i stand til å gjenkjenne og finne posisjonen til ulike deler i en produksjonslinje.

Skotheim har spesialisert seg på maskinsyn ved hjelp av ulike teknikker, og jobbet med alt fra digital dokumentasjon av helleristninger til kvalitetskontroll av bildeler.

Etter at en gjenstand har blitt skannet, kjøres det et spesialdesignet dataprogram for å identifisere delen, samt finne ut hvor og hvordan delen ligger. Posisjonen sendes så til robot nummer to, som omsetter informasjonen til en spesifikk bevegelse. Dermed kan roboten gripe den aktuelle delen i produksjonslinja, uansett hvordan den ligger – og hva den måtte være.

– I dag finnes det ikke løsninger som gjør at roboter på en fleksibel måte kan gjenkjenne og gripe mange ulike deler, fordi robotene bare er utstyrt med todimensjonalt syn og bare kan utføre svært standardiserte bevegelser, forteller Skotheim.

Den lille roboten Rulle kan hjelpe Ingrid Schjølberg med å bære ting, for han følger trofast etter dit hun går, og stopper på kommando. – Teknologien er lett å overføre til andre områder, sier Schjølberg.
Foto: Thor Nielsen

Det betyr at om det skjer en liten endring i produksjonsrekka, må hele roboten reprogrammeres. Noe som er både kostbart og krevende.

Skotheim og Ystgaard har nå lyktes med å gi de avanserte maskinene evnen til å se i tre dimensjoner, sånn at de blir i stand til å løse mer komplekse oppgaver i produksjonslinjene.

– Teknologi som gjør det mulig å kombinere skreddersøm med masseproduksjon, er det som skal gjøre norsk vareproduserende industri konkurransedyktig i en verden hvor vi konkurrerer med land som har langt lavere produksjonskostnader, sier Ystgaard.

Nå blir oppgaven å finne ut hvordan dette kan gjøres på smartest mulig måte, sånn at vi kan få maskiner til å utføre arbeidsoppgaver vi mennesker helst vil slippe – og samtidig lære av de feilene de gjør, sånn at de blir enda mer effektive.

Fra dekk til stue

– Han kommer når du vinker, og så kan han hjelpe til med å bære ting for deg, for han følger trofast etter dit du går, og stopper på kommando. Vi kaller den Rulle, sier Ingrid Schjølberg.

– Jeg synes ikke han er så kjekk, akkurat, så vi har planer om å forbedre designet, sier hun og drar hånda over det praktiske, men ikke spesielt vakre «transportbrettet» som er en del av roboten. Brettet hever og senker seg automatisk etter brukerens behov, og den lille tassen kunne sikkert jobbet som ryddehjelp i en restaurant, kantine eller på en institusjon.

– Robotteknologien vi nå utvikler er såkalt «generisk teknologi»; det betyr at den er lett å overføre til andre områder. Velferdsteknologi for eldre er noe som er i vinden, og vi ser at Rulle for eksempel kunne ha hjulpet eldre mennesker med enkle oppgaver som å frakte skittentøy eller dagligvarer på hjemmebane, sier Schjølberg.

Arkeologer er interessert i skipsvrak. Ingeniører er opptatt av offshore overvåking og kartlegging for å utnytte ressurser. Biologer vil avdekke habitater og omfang av planter og dyreliv Tilstanden for planter og dyreliv forteller om vannets helse. Derfor er kartlegging og analyse av marine arter også viktig i miljøperspektiv.

Til dette bruker forskerne intelligente undervannsroboter og et nytt hyperspektralt undervannskamera. Målet med stadig mer avansert teknologi og metoder, er at robotene selv skal forstå, planlegge og utføre avansert arbeid under de ekstreme forholdene på havbunnen.

Mauro Candeloro
Foto: Geir Johnsen

Verdens største laboratorium

– Those robots are fancy! utbryter Mauro Candeloro entusiastisk.

Candeloro forsker på undervannsroboter sammen med Fredrik Dukan. Robotene kalles ROV, «Remotely Operated Vehicle» (fjernstyrt fartøy).

– Interessen for havbunnen er stor, men leie av skip, personell og materiell for ekspedisjoner på havet er kostbart. Det er komplisert å undersøke spesielle og vanskelige miljøer på havbunnen, sier Candeloro.

Fredrik Dukan
Foto: Geir Johnsen

AUR-Lab er et senter for anvendt forskning innenfor undervannsrobotikk med verdens største laboratorium: Trondheimsfjorden. Marin utforskning, kartlegging og overvåking er det viktigste AUR-Lab bruker ROV til.

Candeloro er stipendiat ved Institutt for marin teknikk og AMOS, Senter for autonome marine systemer, NTNU. Fredrik Dukan er stipendiat ved Institutt for teknisk kybernetikk. Disse fagmiljøene jobber sammen med andre fagmiljøer ved AUR-Lab.

Dynamisk posisjonering

Daværende næringsminister Trond Giske og prorektor Kari Melby fulgte med på undervannssnorklippingen via skjerm i forskningsfartøyet Gunnerus.
Åge Hojem/NTNU AUR-Lab

Siden forskerne ikke kan oppleve hvordan det er på havbunnen, trenger de en smart måte å kontrollere ROV på.

– Dynamisk posisjonering («Dynamic Positioning System», DP System) kontrollerer automatisk og nøyaktig posisjon og bevegelser hos ROV, selv under ukjente forhold og ved alle typer oppdrag. Systemet er utviklet av AUR-Lab, forteller Candeloro.

– DP System holder ROV i riktig posisjon og i en bestemt avstand til havbunnen. ROV bruker ikke anker, men er utstyrt med flere propeller som sørger for å holde fartøyet i stødig posisjon, forklarer han.

ROV må være nær bunnen for å kartlegge, men ikke for nær fordi forskerne vil ha kartlagt så mye som mulig på en gang. Er ROV for høyt over bunnen går det ut over lysforholdene. 2-3 meter over bunnen er passe.

Krefter i dypet

ROV beregner og kompenserer for strømmer i vannet, gravitasjon og oppdrift.

– Summen av gravitasjon som presser ROV ned og oppdriften som dytter ROV opp, blir en positiv kraft som dytter ROV opp. Vi sier at ROV har positiv oppdrift.

Operatøren på båten kan gripe inn og styre med joystick. Men operatøren følger mest med på operasjonspanelet som viser alle sensorene på ROV. Alt som skjer med ROV under oppdraget logges slik at forskerne kan analysere etterpå.

Les også Avslører mysterier i polarnatta

Presis manøvrering

På tokt med AUR-Lab i Trondheimsfjorden. Fra forskningsfartøyet Gunnerus settes undervannsroboten (ROV) Minerva ut og sendes ned til havbunnen.
Foto: Geir Johnsen/NTNU AUR-Lab

Oppdraget i dypet avhenger av at ROV holdes stødig og manøvreres så presist som mulig. Det er svært viktig at ROV går stabilt, og dette er det vanskeligste. Andre utfordringer er feiltoleranse og håndtering av feil, sikkerhet, hindringer i dypet og energi.

Propeller og sensorer gjør at ROV kan manøvreres forover-bakover, ned-opp, sidelengs, rotere, holdes i vater, holdes i posisjon, gi retning, dybde og fart, samt akselerere. Farten er normalt 0,3 m/s.

Programmet måler alt som skjer med ROV og i omgivelsene. Dermed kan propellbevegelser kalkuleres før de faktisk skjer og propellene styres slik at de kompenserer for endringer som inntreffer.

Hyperspektralt kamera

Kameraer brukes for å identifisere, kartlegge og overvåke habitater, koraller og svamper, mineraler samt inspisere rør og annet på havbunnen.

AUR-Lab og Ecotone, et spin-off selskap fra NTNU, samarbeider nå om å utvikle et nytt hyperspektralt undervannskamera. Teknikken er basert på optiske fingeravtrykk. Kameraet er følsomt for flere bølgelengder enn rød, grønn og blå (RGB).

– Databaser med optiske fingeravtrykk er svært nyttig. Det kan vi bruke for å gjenkjenne objekter vi er spesielt interessert i på havbunnen, sier Candeloro.

– Det hyperspektrale undervannskameraet har allerede kartlagt deler av Barentshavet med den nye teknikken. Kameraet er et stort skritt på veien videre for å forstå marin biologi og et effektivt verktøy for å inspisere undersjøiske rørledninger, utdyper han.

Grønn verden

Operatørene følger med på hva ROV gjør på havbunnen. De ser det samme som ROV ser med kameraene.
Foto: Geir Johnsen/NTNU AUR-Lab

Et vanlig undervannskamera har sensorer som kun er følsomme for rødt, grønt og blått. Og under vann kan kameraet ta bilder av et begrenset område.

Vann absorberer lys, det vil si energi. Naturlig lys går ned til omtrent 20 meter, deretter blir det mørkere og mørkere. Dette avhenger noe av vannkvaliteten. ROV må uansett være nær bunnen for å ta bilder.

– Bilder som tas med vanlige undervannskameraer blir grønnlige. Det er fordi grønt reflekteres i vannet og slik blir fanget opp av kameraet. Vi kan til en viss grad rekonstruere fargene i bildene igjen, sier Candeloro.

Røde og blå bølgelengder blir for det meste absorbert av vannet.

Går frem og tilbake

På båten ser forskerne det ROV ser gjennom kameraene. ROV har flere kameraer og lyskastere.

– ROV går frem og tilbake på et definert område og tar bilder til området er ferdig fotografert. Området kan være et større areal eller et skipsvrak. Kameraet dekker en 4-5 meter «gate», forklarer Candeloro.

Hvert bilde som tas har nøyaktig posisjon. Mange av bildene vil overlappe hverandre delvis eller flyte over i hverandre.

3D-kart

– Bildene har noe ulik vinkel fordi ROV bikker litt på seg på havbunnen. Programmet kompenserer for dette og gjør kartet så bra som mulig. Men lite lys og den effekten sjøvann har på fargene er et problem, sier Candeloro.

Mange typer teknologi kan brukes for å avdekke havbunnen: flere former for avbildning, flere måter å måle akustikk på og fjernkontroll fra båten. Alt handler om smart styring og å integrere mye informasjon for å få kartlagt havbunnen.

Fremtidens marine leting

– I fremtidens marine leting vil funksjonene i ROV integreres og automatiseres enda mer. ROV vil også ta over mer av planlegging og beslutning selv, sier Candeloro.

Nøkkelordet er autonome operasjoner. Dataene skal analyseres i sanntid slik at roboten, ROV, forstår hva som er rundt den og hva som er best å gjøre for å utføre oppdraget.

– Vår ROV er et perfekt verktøy og laboratoriene perfekte forskningsmiljøer for å utvikle denne teknologien, avslutter Mauro Candeloro.