Drony ČVUT mapují jako první na světě útroby památek. V plánu byl i Černobyl

Čeští vědci zabodovali v rámci světově unikátního projektu s názvem Dronument (Dron a Monument, čili památka). Právě jejich robotické helikoptéry se totiž budou podílet na mapování unikátních historických památek z celého světa.

K ovládání bezpilotních dronů není potřeba operátor ani pilot. Létají samy, tedy plně autonomně, a k tomu ještě spolupracují. Tyto bezpilotní drony i jejich pokročilý software samořízení vyvinulo přibližně 30 vědců ve skupině Multirobotických systémů (MRS) na Fakultě elektrotechnické (FEL) ČVUT v Praze.

Projekt podpořilo rovněž Ministerstvo kultury a podílí se na něm i Národní památkový ústav (NPÚ). Za cíl má skenovat interiéry historických objektů, a k tomu čeští vědci používají autonomní drony jako první a zatím i jediní.

„Pokud je nám známo, aktuálně není na světě vyvinuta obdobná bezpečná metoda dokumentace interiérů historických objektů,“ píše za české památkáře Sandra Kolářová.

„Výhodou této technologie je, že získáme data z míst, kam je obtížné se dostat bez použití pomocných technologií, jako jsou plošiny a lešení. My dokážeme nasnímat fotografie a záznamy mnohem rychleji, než jak by to šlo s konvenční technologií,“ vysvětluje docent Martin Saska, vedoucí skupiny MRS.

Fotografie od bezpilotních dronů se vyznačují rovněž tím, že nejsou dostupné jinými běžnými prostředky. Autonomní stroje je pořizují z takových úhlů a bezprostřední blízkosti, které by ze země ani z plošiny nebyly možné, a mohou létat i tam, kam by neviděl ani případný pilot. A to právě díky palubním senzorům a výpočetní technice. Úkoly mají přednastavené. Jeden nese kameru, ostatní pak osvětlující scénu v určeném úhlu.

„Při nasazení dronů v kostelech jsme narazili na problém s osvětlením. Kostely jsou navrhovány tak, aby byla osvětlena místa, kde se pohybují lidé na zemi, ale již nejsou osvětlená v místech, kde my létáme,“ říká ve videu šéf projektu z FEL ČVUT.

„Proto musíme používat dodatečné osvětlení, které může být umístěno buď na hlavním dronu, který nese kameru, nebo se ukázalo, že ještě efektivnější technologie je, využít světlo nesené dalším dronem, který letí s hlavním dronem ve formaci,“ doplňuje.

„U nástěnné malby můžeme díky nasvícení sledovat drobné praskliny, nebo i stav druhotného tmelení, neboli zpráškovatelost malby,“ popisuje přínos novinky Michaela Čadilová, výzkumná a vývojová pracovnice NPÚ.

„Tuto technologii už jsme použili zhruba asi v deseti objektech a myslím, že toto je vize budoucnosti, jak dokumentovat historické objekty,“ dodává.

Bezpilotní drony by kromě focení uměly samy nasnímat i celý prostor památky. Kvůli opatrnosti ale tvorbu 3D modelu interiéru obstarává technik s pozemním skenerem.

„Památkář si postupně prochází 3D model, vybírá si místa, která jsou pro něj důležitá, a ukládá si pozice virtuální kamery. Nám poskytne pouze množinu pozic kamery, které máme proletět, a systém sám dokáže autonomně naplánovat trajektorii tak, aby tyto místo dron navštívil hladce a bezpečně,“ vysvětluje celý postup Saska.

„V okamžiku, kdy získáme naplánovanou trajektorii, robotik verifikuje, zda je navržená trajektorie bezpečná, daleko od překážek a že ji lze bezpečně proletět,“ doplňuje.

Trojrozměrnou vizualizaci vnitřku budovy s vyznačenými místy potom obdrží i samotný dron, který už jen stačí přivést na místo a stisknout tlačítko start. Autonomní stroj pořídí ve spolupráci s osvětlovacím kolegou potřebné fotografie, vrátí se a pak z jeho disku materiál kdokoli může stáhnout.

Poslední památkou, jejíž interiér bezpilotní drony s palubní inteligencí takto začaly snímat, je olomoucký gotický chrám z druhé poloviny 13. století.

„Kostel sv. Mořice se dlouhodobě připravuje na celkovou rekonstrukci. Veškeré dokumentační materiály, které jsme tady pořídili, a dnes to bylo snímání vitráží, byl to i nástavec kazatelny, byla to nástěnná malba, tak veškeré tyto podklady budeme poskytovat restaurátorům, a na jejich základě oni připraví restaurátorský záměr,“ popisuje za české památkáře dál Čadilová.

„Pro dobrý snímek zpravidla potřebujete dlouhý expoziční čas. Tím, že se stabilita dronů ve vzduchu vylepšila, dostáváme ostré snímky, ze kterých lze pak vytvářet kvalitní fotomapy,“ konstatuje posun v kvalitě obrazu i památkář Milan Škobrtal z územního odborného pracoviště NPÚ v Olomouci, který s MRS z FEL ČVUT spolupracuje.

Kromě olomouckého chrámu ale malé robotické helikoptéry ze skupiny MRS pomáhají i v kostele sv. Mikuláše v Praze či grottě v polském Gorzanowě. Do projektu Dronument ale patří také zámky na Plumlově či Vranově nad Dyjí, Korunovační sál zámku v Kroměříži, anebo poutní chrám sv. Anny a sv. Jakuba Většího ve Staré Vodě u Libavé.

Co teď zbývá vědcům z ČVUT doladit, jsou prý takové technické detaily jako grafické rozhraní. Přestože drony opravdu létají samy po stisknutí jediného tlačítka, systém se třeba stále spouští a ladí pomocí příkazových řádků. Práci na zjednodušení odhadují tak na rok. Zájemce už teď ale mají i mezi majiteli kulturních objektů v Německu.

„V budoucnu se budeme snažit miniaturizovat použité drony a navrhnout systém, který by mohli ovládat sami památkáři bez technického vzdělání. Dokázali by povelovat drony pomocí jednoduchého uživatelského rozhraní a dron sám by zrealizoval jimi zadaný úkol,“ vysvětluje vedoucí skupiny MRS, docent Saska.

S technologií autonomního režimu řízení použitou v projektu Dronument už ČVUT dvakrát vyhrála zlatou medaili v hlavním závodě mezinárodní robotické soutěže v Abu Dhabi a dvakrát získala i bronz ve světové Subterranean Challenge agentury Darpa. Mezi nesponzorovanými týmy loni byla ovšem první.

Právě v této „SubT“ výzvě se drony osvědčují v nebezpečném prostředí podzemních dolů či jaderných elektráren, do kterých nikdy dřív nesměli lidé ani nahlédnout. 3D model si tak vytváří samy z údajů vlastních čidel a při opatrném manévrování řízeným vlastními palubními systémy do něj zanáší i všechny případné překážky v neznámém prostoru.

České autonomní drony si tak nacházejí zákazníky nejen při dokumentování interiérů památek, ale i v oblastech dopravní infrastruktury, pozemního stavitelství, těžebního průmyslu nebo energetiky. Podle docenta Sasky „už probíhají jednání o možnostech inspekce v průmyslových, obtížně dostupných či nebezpečných objektech.“ Systém vyvíjený ČVUT už se testoval i v dálničních tunelech a přilehlých větracích šachtách a uvnitř budov elektráren.

„Hovoří se o možnostech nasazení autonomních dronů v radiačně disponovaných místnostech jaderných elektráren s omezeným přístupem. Dokonce se reálně domlouvalo testování v Černobylu na Ukrajině. Z toho z pochopitelných důvodů sešlo,“ prozrazuje vedoucí vědecké skupiny Multirobotických systémů na ČVUT pro SZ Byznys.

Tým vědců z MRS testoval autonomní systém řízení dronů i pro skenování jeskyň v Býčí skále na Moravě nebo podpovrchových dolech v USA. Létali prý i ve staticky narušených chátrajících objektech, ve kterých je potřeba zdokumentovat stav pro rozhodnutí, zdali je možné je ještě rekonstruovat.

„Nicméně podobných příkladů lze nalézt desítky. Například ve Spojených arabských emirátech (UAE) je poptávána možnost skenování interiérů zásobníků ropy a tankerů, což se musí dělat pravidelně a je to pro lidi nezdravé a často nebezpečné,“ uvádí dál pro redakci docent Saska.

„Další kapitolou je offshore instalace, kde se jako možné řešení jeví použití spolupracujících autonomních lodí a dronů. I na toto téma jsme v loňském roce začali řešit několik projektů a v současné době řešíme autonomní přistávání na lodi na rozbouřené moři,“ dodává vedoucí MRS na ČVUT.