זרקור על חוקר
דפנה גולד מלכיאור
פרופסור משנה אמיר דגני, הטכניון
פרופסור משנה אמיר דגני, הטכניון
פרופסור משנה אמיר דגני עומד בראש המעבדה לרובוטיקה אזרחית, סביבתית וחקלאית אותה הקים בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון. המעבדה עוסקת במערכות אוטונומיות לסביבה הבנויה והפתוחה. העבודה במעבדה מתמקדת בשני נושאים: דינמיקה של תנועה רובוטית, ורובוטיקה ומערכות אוטונומיות בחקלאות ובשימושים אזרחיים.
דינמיקה של תנועה רובוטית – בתחום זה במעבדה, עוסקים בתנועות דינאמיות של רובוטים רצים ומטפסים ובשיטות בקרה פשוטות לשיפור עמידותו של הרובוט ללא סיבוכיות הבקרה והמכניקה. “בתחום הרובוטים הדינאמיים, הפרויקט המלהיב ביותר שאנו עוסקים בו כעת הוא רובוט מטפס שמסוגל גם לדמות ריצה”, מספר ד”ר דגני.
“בגלל שהמערכת מהירה כל כך, אנחנו מנסים לגרום לה להיות יציבה ללא סגירת חוג מהיר מאוד וללא חיישנים יקרים מאוד וחישוב מאסיבי. כאן אנחנו משתמשים בדינמיקה לטובתנו במקום לנסות למנוע אותה. מחפשים אילו תנאים משאירים אותה יציבה גם אם הרובוט נתקל לפתע במדרגה או בבור”. בימים אלו מסיים את עבודתו הבוגר הראשון במעבדה, נתי שמר, שכבר מועסק בתעשייה.
רובוטיקה בסביבה הפתוחה ובחקלאות – במעבדה מפתחים מגוון רובוטים לשימוש בחקלאות מדייקת. המעבדה הרכיבה משפחה של רובוטים אוטונומיים במגוון גדלים, הכוללת קבוצת רובוטים בגודל 20 ס”מ המיועדת ללימוד במעבדה, רכבים זחליים גדולים יותר, בעלי עבירות גבוהה, רכב עם זרוע בעלת 7 דרגות חופש, ורכב בגודל מכונית המצויד בחיישנים ומסוגל לגרור כ- 700 ק”ג. השימושים ברכבים האוטונומיים מגוונים מאוד, לרבות: פיתוח אלגוריתמים לנחילים להנעת עציצים, מיפוי מנהרות, פינוי פצועים במסגרת חיפוש והצלה, קטיף רובוטי, ופטרול אוטונומי במטעים לביצוע פעולות חישה לחקלאות מדויקת.
“אנחנו מתרגשים מאוד להתחיל לעבוד עם רובוט הגריזלי”, משתף ד”ר דגני, “במיוחד בתחום הניווט האוטונומי במטע ושימוש ביכולת הזו כדי לבצע חישה של יחידת העץ הבודד לטובת חקלאות מדייקת. כיום אני משקיע קרוב למחצית מהזמן שלי בתחום החקלאות. ככל שאני לומד ומתעמק יותר בתחום הזה אני מאמין יותר ויותר בחשיבות האוטומציה וקידום הטכנולוגיה בחקלאות. רבים ניסו לקחת רובוטים קיימים, שמצליחים היטב בתעשייה, ולהכניס אותם למשימות בחקלאות – וברוב המקרים נכשלו. הרובוטים של התעשייה יקרים וכבדים מדי לחקלאות. אני מאמין שנחוצים שני דברים להצלחת קידום התחום: ראשית, ללמוד את הצרכים של המשימות החקלאיות ולבצע התאמה ואופטימיזציה בהתאם למשימות אלה (במקום לייצר רובוט גנרי שמסוגל לעשות הכל); ושנית, ואולי חשוב אף יותר, עלינו לבחון איך אפשר לשנות את הסביבה החקלאית כדי שתתאים לרובוטים ולא סתם להכניס אותם למצב הקיים. כך נעשה לפני מאה שנה באוטומציה בתעשייה וכך צריך להיעשות גם ברובוטיקה לחקלאות”.
איור 1: רובוט דינמי דו ממדי על משטח אוויר
איור 2: אינטגרציה של רובוט Husky של חברת Clearpath Robotics עם זרוע מודולרית בעלת שבע דרגות חופש של חברת Schunk. זמן פעילות הרובוט עומד על כשעה. הזרוע בעלת יכולת נשיאה של 11 ק”ג. על גבי הרובוט: חיישןdGPS RTK בעל דיוק של סנטימטרים בודדים, שני חיישני Lidar דו מימדיים, חיישן IMU וחיישן כוח במפרק האחרון.
איור 3: דוגמא לרכב הGrizzly של חברת Clearpath Robotics בעל יכולת גרירה של 700 ק”ג . במעבדה עובדים על אלגוריתמים לתנועה אוטונומיות בתנאי שטח קשים למשימות של נשיאת פצועים ומשימות חקלאיות במטע.
איור 4: שני רכבים ניידים מחוברים במוט המאפשרים תנועה בתנאי שטח קשים ומאפשרים יכולת מיפוי תוואי שטח. (עבודה של סטודנט מגיסטר אבי תורג’מן, בשיתוף פרופ’ שרגא שובל מאוניברסיטת אריאל)
ד”ר דגני סלל את דרכו האקדמית צעד אחר צעד, במוסדות מן המעלה הראשונה. הוא סיים את לימודי התואר הראשון בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון בשנת 2002 בהצטיינות יתרה. במהלך שנת הלימודים האחרונה לתואר הראשון הועסק ע”י רפאל כמתכנן אלקטרו-אופטי. ב-2004 עבר לארה”ב, שם סיים את לימודי תואר השני (2006) והשלישי (2010) במכון לרובוטיקה באוניברסיטת קרנגי-מלון, מכון מוביל בעולם ללימוד ומחקר בתחום הרובוטיקה. “יש לא מעט הבדלים בין החיים בארץ לבין ארה”ב, גם בהתייחס לחיים האקדמיים, אבל בסופו של דבר באקדמיה עובדים בצורה דומה. אחד ההבדלים הבולטים הוא הניתוק שלנו. לכן צריך לעבוד יותר קשה בארץ כדי שישמעו על המחקר שלך ויידעו עליו”.
כחלק מהמגיסטר, התמחה בקינמטיקה של מכניזמים מקבילים וברובוטיקה רפואית והשתמש בשיטות קלסיפיקציה לסיווג פתולוגיות בברכיים ע”י למידה של תנועת הברך. ד”ר דגני היה אחראי לבניית אבטיפוס של רובוט רפואי המאפשר ניתוחי לב לא פולשניים. פרויקט זה המשיך והתרחב ועל בסיסו הוקמה חברת Medrobotics שהדגימה לאחרונה יכולות בניתוח מוצלח באדם. במחקר הדוקטורט התמקד ד”ר דגני במינימליסטיות ברובוטיקה, באמצעות כלים של דינמיקה לא-לינארית, על מנת להדגים כיצד ניתן לבצע תנועה רובוטית מורכבת בשימוש במעט מנועים, חיישנים ובקרה בעזרת תנועה דינמית. ד”ר דגני בנה וביצע אנליזה על מספר מכונות המטפסות באופן עצמאי ודינמי במספר גדלים – ממילימטרים אחדים ועד עשרות סנטימטרים. אחת התצפיות ברובוטים המטפסים, ממנה הוסק שלפתרונות סב-הרמוניים (מחזור מוכפל) יש יתרונות כגון יעילות ויציבות, הובילה למחקר על שיטות הטיפול באנשים אשר עברו אירוע מוחי הגורם לצליעה (המקביל למחזור מוכפל). ד”ר דגני חקר גם שימוש בשיטות תנועה דינמיות בגדלים ממוזערים, המאפשר שינוע של חלקים בגדלים של 500 מיקרו-מטר. שיטות כאלה, המשתמשות בתנועות דינמיות ובפתרונות מינימליסטיים מאפשרות שימושים רבים בתחום החקלאי, תחום שחשובות בו הפשטות, החסינות והיעילות. ד”ר דגני הצטרף לסגל הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון בדרגת פרופסור משנה באוקטובר 2011.
שאלנו את ד”ר דגני מה נחוץ לשם קידום תחום הרובוטיקה, המחקרית והתעשייתית בארץ?
דגני: “אני חושב שיש פער גדול מדי בתפיסה מהי רובוטיקה אצל האנשים בקהל הרחב, בתעשייה ובאקדמיה. יש מקום לגשר על הפערים. תחרויות רובוטיקה בבתי הספר חשובות אך הן לא באמת מייצגות את הרובוטיקה. זה נכון וחשוב להשתמש בזה כדי להגביר את המוטיבציה אצל ילדים לעסוק בהנדסה ובתכנות. בצורה דומה גם אנחנו משתמשים ברובוטיקה בלימודי תואר ראשון ללמד סטודנטים אלגברה ליניארית ומשוואות דיפרנציאליות. כנראה שהדרך הטובה ביותר לעודד צעירים להיכנס לתחום היא לשווק את העבודה והמחקר שלנו כמה שיותר. איך להבטיח פרנסה? קטונתי – אבל בהחלט צריך לנסות למנף את הידע והיכולת שלנו במערכות ביטחוניות ולנסות להסב אותם לצרכים אזרחיים”.
