Projekt dotyczący robota półhumanoidalnego jest obecnie jednym z najważniejszych i zarazem najbardziej interesujących spośród tych, nad którymi pracują członkowie Naukowego Koła Robotyki. Robota wypożyczyła im Fundacja na rzecz Rozwoju Edukacji Dziecięcej FRRED po to, aby opracowali do niego odpowiednie oprogramowanie. Przy okazji studenci mogą prowadzić z nim inne prace, które niewątpliwe mają wysoki walor edukacyjny.

Z robota zrobić asystenta i recepcjonistę

Jak wyjaśnia Jakub Malinowski, przewodniczący Naukowego Koła Robotyki, na Wydział Matematyki i Informatyki UWM trafił robot półhumanoidalny marki Ubitech typu Cruz. Porusza się na kołach – nie ma nóg, dlatego nie można określić go mianem humanoidalnego. Jest za to wyposażony w ręce, które jednak bardziej służą celom ozdobnym niż praktycznym, ponieważ są pozbawione kciuków umożliwiających chwytanie. Posiada również zestaw dość precyzyjnych czujników (m.in. odległości, klifu i lidar) oraz kamerkę, która nagrywa w jakości RGB+.   

– Naszym celem jest zrobienie z niego asystenta/recepcjonisty. Robot zostanie wyposażony w płytkę Nvidia Jetson, na której będzie pracowała sztuczna inteligencja. Do jego zadań będzie należało m.in. rozmawianie z ludźmi czy zarządzanie połączeniami, czyli jeśli zajdzie potrzeba np. połączenia się z menedżerem obiektu, to robot będzie nawiązywał z nim rozmowę video. Ponadto ma udzielać odpowiedzi na pytania, które wcześniej znajdą się w bazie danych. Jako asystent będzie z kolei oprowadzał ludzi np. po wystawach i opowiadał, co aktualnie oglądają – wyjaśnia Jakub Malinowski i dodaje, że płytka Nvidia Jetson jest jedną z najnowszych i najbardziej zaawansowanych płytek tej firmy, co bez wątpienia wpłynie na jakość robota.

– Znajduje się na niej rdzeń obliczeniowy, który umożliwi nam uruchomienie sztucznej inteligencji lokalnie, a nie w chmurze. Mimo wszystkich zalet używania chmury w takich przypadkach, dobrze jest dysponować opcją lokalną, ponieważ ryzyko związane np. z zerwaniem połączenia, odcinałoby możliwości robota. Zawiera ona 1024 rdzenie CUDA, które służą do dosyć prostych obliczeń oraz 40 rdzeni Tensor, które służą ściśle do sztucznej inteligencji. Zamontujemy ją w głowie robota i będzie pełniła rolę jego mózgu. Druga płytka, która fabrycznie znajduje się w robocie, ma być odpowiednikiem pnia mózgu i odpowiadać m.in. za funkcje poruszania – tłumaczy Jakub Malinowski.

Prace, które z robotem mają wykonać podopieczni prof. Piotra Artiemjewa, można podzielić na dwie części. Pierwsza dotyczy programowania, za które odpowiedzialny jest Krzysztof Stopyra, członek Naukowego Koła Robotyki.

– Odpowiadam za oprogramowanie, które będzie zbierało informacje z czujników robota. Jest ono wbudowane w robota, a ja muszę po prostu wyciągnąć te informacje z systemu i przekazać je do płytki. Dzięki temu robot będzie mógł m.in. odczytać próbkę tekstu, odpowiadając osobie, która nawiąże z nim kontakt. Później trzeba będzie jeszcze stworzyć mapy, aby robot wiedział, jak poruszać się w danej przestrzeni – wyjaśnia student informatyki.

Druga część prac dotyczy tego, co zostanie umiejscowione na płytce, czyli sztuczna inteligencja oraz logika. Będą one miały przetwarzać informacje, które otrzymają z robota i wysyłać odpowiednie instrukcje. Zajmuje się tym Jakub Malinowski. Chodzi przede wszystkim o duży model językowy (LLM) wyposażony w RAG do przetwarzania mowy, a także zestaw logiki oraz pomniejszych modeli konwolucyjnych i podobnych. Na podstawie danych będzie on miał za zadanie wybranie optymalnej trasy dla robota, unikając przy tym kolizji w czasie rzeczywistym.  

Mobilnością robota, a zwłaszcza kończynami górnymi i samym poruszaniem, zajmuje się Maciej Krajewski, także członek Naukowego Koła Robotyki.

– Wraz z Jakubem opracowuję algorytmy poruszania się robota w przestrzeni, a jeśli chodzi o kończyny górne, to algorytmy do naturalnego gestykulowania robota i niezrobienia nikomu przy tym krzywdy – mówi Maciej Krajewski.

Studenci pracują z robotem od lutego br. Według wstępnych ustaleń, przygotowanie go do pełnienia roli asystenta/recepcjonisty potrwa cztery miesiące, ale wszystko wskazuje na to, że zostanie on z nimi do końca 2025 roku.

– Nie ukrywamy, że robot jest elementem „wow”. Nie na co dzień ma się okazję pracować z takim sprzętem i to jeszcze go zaprogramować. Czasami mamy okazję zaprezentować jego możliwości podczas różnych pokazów – np. tańca, kiedy to widać, jaką ma motorykę – dodaje Jakub Malinowski.

Współpraca z uniwersytetem w Cambridge

Programowanie półhumanoidalnego robota, która ma być asystentem/recepcjonistą to niejedyna rzecz, którą aktualnie zajmują się studenci z Naukowego Koła Robotyki. Ostatnio nawiązali współpracę z legendarnym uniwersytetem w Cambridge (Anglia) i tworzą oprogramowanie w świecie wirtualnej rzeczywistości, które ma służyć studentom medycyny w szkoleniach z zakresu zabiegu bronchoskopii.

– Projekt ten ma pokazywać przyszłym lekarzom, jak wygląda poprawnie wykonany zabieg bronchoskopii, z przedstawieniem kolejnych instrukcji. Chodzi o to, że w taki sposób studenci nie mają do czynienia tylko z wizualizacją, ale w czasie rzeczywistym dostają polecenie, aby wykonać jakieś zadanie. Taka nauka jest o wiele bardziej efektywna – mówi Jakub Malinowski.

Mocno zaangażowani w ten projekt są również Marcel Wójtowicz, który specjalizuje się w wirtualnej rzeczywistości, oraz Maciej Krajewski. Marcel pracuje nad ostateczną obróbką projektu do szkolenia przyszłych medyków.

– Przekazany mi projekt został wykonany przez grupę studentów. Ja pracuję nad ostatecznym jego doszlifowaniem w kwestii występujących błędów, optymalizacji kodu oraz wykonania pozostałych niezbędnych funkcjonalności. Utworzony dla medium wirtualnej rzeczywistości (VR), będzie miał na celu nauczyć studenta medycyny, jak wykonać zabieg bronchoskopii od początku do końca, czyli przejść kolejno przez takie etapy jak: przywitanie pacjenta, załatwienie formalności związanych z leczeniem, wykonanie wstępnych badań i wreszcie wykonanie zabiegu. Kluczowym elementem jest fizyczna interakcja studenta ze środowiskiem wirtualnym, co pozwala zaznajomić się z procedurami na sali operacyjnej, jednocześnie nie stwarzając ryzyka dla zdrowia pacjenta. Symulowane środowisko zostało dostosowane tak, by jak najlepiej odzwierciedlało ich przyszłe stanowisko pracy, co stanowi bezcenne źródło rozwoju i nauki – tłumaczy Marcel Wójtowicz, a Maciej Krajewski dodaje, że ten projekt stanowi dla studentów dość duże wyzwanie pod względem umiejętności.  

– W tym projekcie zajmuje się modelami 3D i jest to dość wymagające, bo niektóre modele potrzebują dużej liczby szczegółów, a inne nie. Ten akurat tego wymaga, ponieważ mamy tutaj do czynienia z organami ludzkimi, więc szczegóły są niezbędne, aby prawidłowo odwzorować ten zabieg – wyjaśnia Maciej.

Koło, które daje możliwości

Ci, którzy pracują z robotem półhumanoidalnym czy współpracują przy projekcie dla uniwersytetu w Cambridge, są nieco bardziej doświadczeni. Ale w Naukowym Kole Robotyki jest również miejsce dla studentów pierwszych lat, którzy chcą od pierwszych chwil na Wydziale Matematyki i Informatyki wykazywać się dodatkowymi aktywnościami. Wśród nich jest Kamila Ignatowska, która dzięki uczęszczaniu do koła nie tylko może poszerzyć swoją wiedzę i umiejętności, ale także poszukać kierunku, w którym mogłaby specjalizować się w przyszłości.

– Zanim zaczęłam studia, nie miałam zbyt wiele styczności z informatyką i programowaniem, zatem był to dla mnie trochę taki skok na głęboką wodę. Studia uczą mnie oczywiście wielu różnych rzeczy, ale przyjście do koła, jeszcze jako raczkujący programista, daje mi bardzo dużo. Może sama nie robię zbyt wielu rzeczy, ale cenne jest obserwowanie tego, co robią koledzy, bo nie dość, że jest to po prostu ciekawe, to jeszcze bardzo rozwijające – przyznaje Kamila, która ma zamiar stworzyć własnego robota-pomocnika. Będzie on chodził za daną osobą, słuchał, co mówi i w razie potrzeby służył radą czy drobnym gestem.  

– Jeśli ktoś będzie np. mówił, że jest mu ciężko i źle, to mój robot będzie pocieszał, generalnie wchodził z taką osobą w interakcję. Będę go tworzyć od samego początku i zamierzam wydrukować go na drukarce 3D. Jego wygląd będzie prosty i jednocześnie przyjemny, sympatyczny – tak, żeby nie odstraszał i mile się kojarzył. W związku z tym obserwuję, jak moi koledzy pracują z robotem półhumanoidalnym, bo pewne mechanizmy w nim zastosowane będę musiała zaimplementować w swoim – dodaje Kamila Ignatowska.

Jakub Malinowski zapewnia, że Naukowe Koło Robotyki stara się być przyjazną przestrzenią dla wszystkich studentów, którzy chcą robić coś poza obligatoryjnymi zajęciami.

– Chcemy integrować tych wszystkich, którzy nie są usatysfakcjonowani samym uczestnictwem w zajęciach. Na Wydziale Matematyki i Informatyki nie brakuje aktywnych, pełnych pasji studentów i dla nich jest miejsce w naszym kole. Myślę, że stwarzamy również okazję do pracy ze sprzętem, który nie jest dla wszystkich dostępny na co dzień – mówi i dodaje, że wszystkie działania, które podejmuje Naukowe Koło Robotyki są nastawione na praktykę. – Nie zajmujemy się tym, co jest proste, łatwe i przyjemne, ale tym, co umożliwi społeczeństwu coś, co jeszcze do niedawna wydawało się nierealne. Wszystko, co robimy, ma mieć przełożenie na rzeczywistość. Nie ukrywam, że gdybym nie działał w kole, to też nie byłbym na takim poziomie programowania jak teraz – dodaje Jakub Malinowski.

Dr hab. Piotr Artiemjew, prof. UWM, który jest merytorycznym opiekunem koła oraz służy swoim doświadczeniem naukowym i dydaktycznym, mówi, że dzięki uczestnictwu w kole studenci mogą zdobywać niezwykle cenne umiejętności praktyczne i wzbogacać portfolio o niestandardowe projekty.

– Wprowadzam studentów w różnorodne inicjatywy, korzystając z własnych kontaktów badawczych. Naszą pracę kształtują nowe technologie – ciągle się rozwijamy i nie zdradzamy wszystkich pomysłów od razu. Na pewno teraz i w najbliższej przyszłości będziemy rozwijać zastosowanie technologii dużych modeli językowych, rzeczywistości rozszerzonej i technik sterowania robotów kroczących, co zapewne wkrótce ujrzy światło dzienne – zapowiada prof. Piotr Artiemjew.

Młodzi adepci nauki, którzy pierwsze kroki w karierze badawczej stawiają w studenckich kołach naukowych, rokrocznie mają okazję zaprezentować wyniki badań podczas Międzynarodowego Seminarium Kół Naukowych na UWM. Tegoroczna, 54. edycja została zaplanowana 24-25 kwietnia i będzie odbywała się pod hasłem „nauka dla wszystkich”. Organizatorami są Studenckie Koło Naukowe Mykologów (Wydział Biologii i Biotechnologii) oraz Koło Naukowe Inżynierii Wytwarzania i Maszyn (Wydział Nauk Technicznych). Szczegółowe informacje można znaleźć na stronie internetowej MSKN.    

Marta Wiśniewska

Fot. Marta Godlewska, Marta Wiśniewska