Czy na Marsie wieje wiatr?

Tegoroczna edycja zawodów University Rover Challenge przebiegała pod znakiem rywalizacji Polaków z Amerykanami. Na osiem zgłoszonych zespołów trzy były z USA, trzy z Polski i dwa z Kanady. Najlepszy amerykański zespół, co dla wielu było zaskoczeniem, zajął dopiero trzecie miejsce. Wygrali Polacy przed Kanadyjczykami.

Zwycięski łazik MAGMA2 jest kontynuacją projektu z zeszłego roku, kiedy to studenci z Politechniki Białostockiej i Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu wspólnie zbudowali łazik marsjański MAGMA i zajęli trzecie miejsce w edycji 2010 zawodów URC. W tym roku obie uczelnie zbudowały swoje własne łaziki. MAGMA2 powstała na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej, a łazik COPERNICUS – na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu. W zawodach uczestniczył też trzeci polski łazik SCORPIO, skonstruowany przez studentów Politechniki Wrocławskiej.

16 maja 2011 r. w siedzibie Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie odbyła się oficjalna prezentacja wszystkich trzech zespołów. Zaproszeni goście i dziennikarze mogli zapoznać się z konstrukcją poszczególnych łazików oraz porozmawiać z zespołami na temat ich pracy.

Każda z drużyn opowiedziała o filozofii, jaką kierowała się przy budowie swojej konstrukcji. Drużyna MAGMY2 postawiła na prostotę, lekkość i wykorzystanie tworzyw sztucznych oraz dodatkowe wyposażenie w postaci heksakoptera. Heksakopter jest to niewielki obiekt latający z rodziny wielowirnikowców wyposażony w sześć śmigieł. Jego lot jest w pełni nadzorowany i stabilizowany przez komputer. Pojazd na pokładzie ma kamerę i aparat fotograficzny. Głównym przeznaczeniem heksakoptera jest obserwacja z powietrza i wykonywanie dokumentacji fotograficznej wybranych obszarów.

Warto wspomnieć, że jest to pierwszy przypadek wykorzystania tego typu urządzeń latających w zawodach robotów marsjańskich i istotna innowacja w podejściu do tematu robotów mobilnych. Dzięki współpracy z obiektami latającymi startującymi z pokładu łazika, możliwości eksploracyjne i zwiadowcze robota mobilnego są istotnie rozszerzone.

27 maja wszystkie trzy zespoły odleciały do USA. Dwa dni później studenci odebrali łaziki od agenta w Los Angeles i wyruszyli do Hanksville w stanie Utah, gdzie co roku odbywają się zawody. Po przyjeździe na miejsce i zakwaterowaniu, drużyna MAGMY2 w składzie Piotr Ciura, Emil Błoński, Bartosz Solnik, Szymon Zimnoch, Wojciech Głażewski jako pierwsza rozpoczęła testy na pustyni. W międzyczasie ekipy COPERNICUSA i SCORPIO wciąż pracowały nad swoimi łazikami, wprowadzając ostatnie poprawki.

Postawienie na prostotę MAGMY2 okazało się trafnym wyborem, ponieważ łazik był gotowy do jazdy praktycznie od razu po wyjęciu ze skrzyni transportowej, podczas gdy konkurenci musieli jeszcze poskręcać swoje roboty, które wcześniej zostały rozłożone do transportu. Dzięki temu zyskaliśmy dwa cenne dni, które mogliśmy przeznaczyć na testy i zapoznanie się członków drużyny z terenem, w którym wykonywać miały zostać wykonane zadania konkursowe.

Zawody rozpoczęły się 2 czerwca od spotkania organizacyjnego i wizyty w habitacie Mars Desert Research Station – symulowanej bazie marsjańskiej, w okolicach której przeprowadzane były konkurencje. Po południu ważono roboty poszczególnych drużyn. Łazik MAGMA2, podobnie jak przed rokiem, był o ponad 10 kilogramów lżejszy od łazików konkurencji. Do końca dnia trwały jeszcze prezentacje zespołów, podczas których studenci przedstawiali swoje projekty sędziom i opisywali zalety konstrukcji. Przyznano pierwsze punkty.

W tym roku stawka była bardzo wyrównana. Wiele zespołów inspirowało się zwycięską konstrukcją Oregon State University z zeszłego roku. Dominowały balonowe koła i kamery umocowane na statywach, co pozwalało łatwo zmieniać ich położenie. Widać jednak było, że drużyny uważane za faworytów nie poprzestały na rozwiązaniach z zeszłego roku i każda wprowadziła wiele innowacji. Kopiowanie innych nie prowadzi do zwycięstwa – najlepsi są zawsze o krok do przodu.

Heksakopter wspomagający MAGMĘ2 był zdecydowanie największym skokiem jakościowym, wręcz rewolucją w podejściu do robotyki mobilnej. Obawialiśmy się jednak silnego wiatru, który wiał przez cały dzień, uniemożliwiając wykonywanie z powietrza zdjęć terenu, w tym wykopalisk paleontologicznych (wcześniej obiecaliśmy paleontologom dokumentację fotograficzną terenu, leżącego kilka kilometrów od habitatu, gdzie prowadzone były wykopaliska kości dinozaurów).

Przy mocnym wietrze nasz mały heksakopter nie dawał sobie rady w powietrzu i zachodziła obawa, że nie będziemy mogli wykorzystać naszej przewagi technologicznej. Przy układaniu harmonogramu konkurencji mieliśmy jednak szczęście. Dwa z czterech zadań, przy których chcieliśmy wykorzystać heksakopter zaplanowano na ostatni dzień zawodów, co dawało nadzieję, że do tego czasu być może wiatr ucichnie.

Drugiego dnia zawodów przystąpiliśmy wreszcie do zadań terenowych. Na pierwszy ogień poszedł panel inżynierski. Rozpoczęliśmy od dojechania do panelu i przeczytania instrukcji obsługi. Zrobiliśmy szybki szkic panelu, żeby wiedzieć, gdzie są przełączniki o odpowiednich numerach. Przełączenie pierwszych przełączników przebiegło sprawnie, manipulator kartezjański pracował doskonale. Podziwiałem naszego operatora Bartka, który praktycznie w ciągu jednego wieczoru opanował ręczne sterowanie każdym z sześciu stopni swobody manipulatora.

Przyszedł czas wetknąć pierwszą wtyczkę. Tak jak się obawialiśmy, wisiała na długim kablu i praktycznie leżała na ziemi. Niestety, w trakcie opuszczania kiści zepsuł się jeden z posuwów. Musieliśmy zrezygnować z wtykania wtyczek i zajęliśmy się przełączaniem pozostałych przełączników. Jeden z nich wcisnęliśmy tak mocno, że aż wpadł w głąb panelu, ale sędziowie na szczęście nie przyznali nam za to punktów karnych. Niespodziewanie, gdy Bartek spróbował poruszyć zepsutym posuwem, ten zaczął działać! Dopiero później Piotrek, który obserwował łazika w trakcie realizacji tego zadania powiedział nam, że nakrętka, która przenosiła ruch ze śruby napędowej wysunęła się z łożyska na samym początku zadania. Później, gdy poruszała się razem ze śrubą, zajęła taką pozycję, że sama wsunęła się z powrotem do łożyska. Mieliśmy wiele szczęścia i zdążyliśmy w założonym czasie przełączyć wszystkie przełączniki, ale, niestety, nie wetknęliśmy żadnej wtyczki.

Po zakończeniu konkurencji okazało się, że byliśmy jedyną drużyną, która przełączyła wszystkie przełączniki i otrzymaliśmy za to zadanie najwięcej punktów spośród wszystkich zespołów.

Po południu przystąpiliśmy do kolejnej konkurencji – poszukiwania życia. W tej konkurencji czuliśmy się wyjątkowo mocni, ponieważ wcześniej robiliśmy mnóstwo testów z pobieraniem próbek. Zamontowaliśmy także na łaziku manipulator przegubowy, specjalnie zoptymalizowany pod kątem pobierania próbek skał. Na to zadanie mieliśmy czterdzieści minut w terenie i pół godziny na przygotowanie wyników i przedstawienie ich sędziom po powrocie do bazy. Postanowiliśmy pochwalić się możliwościami MAGMY2 i wystartowaliśmy z dużą szybkością w teren. Jeździliśmy od jednego skupiska kamieni do drugiego, a Bartek sterował manipulatorem, jakby to była jego ręka.

Zbadaliśmy cały teren i już po dwudziestu minutach wróciliśmy do bazy z sześcioma próbkami o masie ponad pół kilograma! Sędziowie na widok naszych zdobyczy aż złapali się za głowy i nie wiedzieli, jak to zinterpretować, gdyż w regulaminie była mowa o jednej próbce o masie maksymalnej 250 gramów. Ostatecznie pozwolono nam wybrać jedną z próbek jako tę właściwą. Naświetliliśmy ją naszym detektorem chlorofilu. Detektor emituje niebieskie pulsujące światło o odpowiedniej długości fali, które pobudza cząsteczki chlorofilu do luminescencji. Na ekranie komputera, na próbce ukazały się zielone plamy, świadczące o obecności bakterii fotosyntetyzujących. Znaleźliśmy życie! Wynik (znowu najlepszy spośród wszystkich drużyn) to 92,3 na 100 możliwych punktów.

4 czerwca był ostatnim dniem zawodów. Od rana wszędzie cisza. Nie drgnie nawet jeden listek na nielicznych drzewach w pobliżu naszego hotelu. Nie ma wiatru! Pełni optymizmu zapakowaliśmy łazika i heksakopter do samochodu i wyruszyliśmy na nasze pierwsze zadanie tego dnia, jakim było poszukiwanie astronautów. Poprzedniego dnia, w trakcie testów startu heksakoptera z pokładu łazika, zdarzył się wypadek. Heksakopter zaczepił śmigłami o maszt antenowy łazika i spadł na ziemię. Na szczęście nie było uszkodzeń, złamaliśmy tylko jedno śmigło. Takie rzeczy często się zdarzają, przezornie mieliśmy ze sobą całe pudełko zapasowych śmigieł. W trakcie konkurencji postanowiliśmy jednak nie ryzykować i heksakopter opuścił bramkę startową trzymany przez manipulator łazika. Po kilku metrach, Bartek postawił go na ziemi i sam pojechał łazikiem do najbliższego astronauty, leżącego stosunkowo blisko bazy.

Operator heksakoptera, Szymon, w międzyczasie wzbił maszynę w powietrze i skierował ją na poszukiwanie kolejnego astronauty. Piotrek opowiadał nam później, że sędziowie znowu byli pod wrażeniem, i z zafascynowaniem obserwowali lot heksakoptera. Różnicę między naszą strategią a strategią konkurencji było widać od razu. Inne łaziki najpierw podjeżdżały do jednego astronauty, zostawiały pakunek i powoli, rozglądającsię, jechały szukać następnego. Ich praca w terenie była powolna, spokojna, momentami wręcz nudna, gdy wszyscy stali za łazikiem, czekając kilka minut, aż operator rozejrzy się dookoła za pomocą kamery na peryskopie.

W naszym przypadku nie dość, że łazik całkiem szybko jechał od jednego astronauty do drugiego, to nieustannie nad głowami latał heksakopter, przemieszczając się z jednego końca terenu działań na drugi. Po zobaczeniu z powietrza leżącego skafandra, heksakopter lądował obok, naprowadzając łazik. Gdy łazik był już blisko, Szymon podrywał heksakopter i leciał szukać kolejnego astronauty.

Niestety, podczas i tej konkurencji nie ominął nas pech – w trakcie jazdy łazik zaklinował się między dużymi kamieniami. Próby uwolnienia spowodowały pobór przez silniki tak dużego prądu, że przepalił się główny bezpiecznik. Musiałem pobiec z bazy i razem z Piotrkiem przynieśliśmy łazika z powrotem. Regulamin konkursu zabraniał mi kontaktowania się z drużyną po powrocie, żebym nie przekazał im informacji o tym, co widziałem w terenie. Emil i Bartek szybko wymienili bezpiecznik, po czym łazik ruszył ponownie w teren. Ostatecznie odnaleźliśmy trzech astronautów i dostarczyliśmy apteczki dwóm z nich. Później dowiedzieliśmy się, że czwarty astronauta leżał w dużej odległości, schowany za wzgórzem, tak że nikt go nie odnalazł.

Ostatnią konkurencją na tych zawodach było zadanie nawigacyjne. Należało określić współrzędne GPS tyczek, które sędziowie rozstawili w terenie. Niektóre z tyczek stały na ziemi, inne na zboczach pagórków, jeszcze inne na skałach. Zwykle drużyny przyjmują jeden z dwóch sposobów wykonania tego zadania. Za pomocą pomiarów dalmierzem i triangulacji, lub prościej, podjeżdżając do każdej z tyczek i spisując pozycję łazika. My wybraliśmy tę drugą metodę. Mając łazik dobrze radzący sobie w terenie oraz heksakopter, który mógł podlecieć do tyczki umieszczonej w najbardziej niedostępnym miejscu, brawurowo objechaliśmy i oblecieliśmy wszystkie znaczniki, dostarczając sędziom wyniki na długo przed końcem przewidzianego czasu. Rezultat – 100 punktów na 100.

Dokładnie w chwili, gdy skończyliśmy pakować sprzęt, skończyła się sprzyjająca nam cisza, zawiał silny wiatr i rozwiało się na dobre. Odetchnęliśmy z ulgą. Trafiliśmy z pogodą na styk. Wieczorem wszyscy bawili się przy grillu. Zespoły pokazywały swoje łaziki i prezentowały ich możliwości.

Dyskusjom nie było końca. Wymieniano doświadczenia i jeszcze raz przeżywano najbardziej emocjonujące konkurencje. Wreszcie nadszedł najbardziej oczekiwany moment – ogłoszenie wyników. Kevin Sloan, dyrektor zawodów, odczytywał wyniki trzech najlepszych drużyn.

Trzecie miejsce – Oregon State University. Co za zaskoczenie!Faworyci zawodów, zwycięzcy z poprzedniego roku zamykają podium. Na drugim miejscu York University z Kanady. Silny zespół, w zeszłym roku także byli drudzy. Teraz już byliśmy pewni swojego i rzeczywiście – po raz pierwszy w historii zawodów URC zwyciężył zespół zza oceanu – MAGMA2 z Polski!

Poznaliśmy też punktację. Mieliśmy 411,3 punktów, York miał 364,8 a Oregon 348,8. Zespół Politechniki Wrocławskiej z łazikiem SCORPIO zajął czwarte miejsce (274,1), a drużyna Uniwersytetu Mikołaja Kopernika z Torunia z łazikiem COPERNICUS była szósta (202,6). Po powrocie do Polski, bezpośrednio po wylądowaniu na Okęciu pojechaliśmy do Kancelarii Prezesa Rady Ministrów, gdzie odbyło się spotkanie premiera Donalda Tuska z młodymi wynalazcami i laureatami międzynarodowych konkursów. Z dumą wręczyliśmy Premierowi koszulkę naszej drużyny, zachęcając do dalszego wspierania udziału polskich studentów w międzynarodowych konkursach.

Wyjazd wszystkich trzech polskich drużyn na zawody URC 2011 zorganizowało stowarzyszenie Mars Society Polska, a sfinansowało Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Partnerem technologicznym drużyny MAGMA2 był Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, natomiast sponsorami – firmy igus, Exilim oraz CNS Solutions.

Wojciech Głażewski
Koordynator projektu MAGMA2
Mars Society Polska

Fot. The Mars Society – University Rover Challenge