Cenu Wernera von Siemense v kategorii Nejlepší absolventská práce týkající se témat Průmyslu 4.0 obdržel Ing. Stefan Grushko, Ph.D., ocenění za nejlepší absolventskou práci se zaměřením na chytrou infrastrukturu a energetiku získal Ing. Nikola Pokorný, Ph.D.
Jedním z ústředních témat Průmyslu 4.0 je spolupráce mezi robotem a člověkem. Taková spolupráce přináší nové příležitosti ke zlepšení ergonomie a rozšíření možností automatizace výroby. Jsou s ní však spojena i určitá rizika. S rostoucí úrovní kolaborace člověk–robot nastává stále větší prolínání pracovních prostorů člověka a robota. Většina moderních kolaborativních aplikací je však omezena skutečností, že ani jedna strana spolupráce si není plně vědoma partnera, což se může projevit vzájemnými kolizemi. Pravděpodobnost kolizí lze sice částečně snížit monitorováním pracoviště a automatickou úpravou trajektorie robota, nicméně informování druhé strany zůstává stále nevyřešeno.
Stefan Grushko z Fakulty strojní Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava ve své disertační práci Plánování pohybu manipulátoru v dynamickém prostředí při využití informací z RGB-D senzoru představil vylepšení této spolupráce pomocí haptických zařízení informujících operátora o aktuální trajektorii robota a prostoru, který bude robotem během jeho pohybu obsazen. Zároveň je i robot informován o pozici operátora, takže se dokáže vyhnout kolizi s ním pomocí přeplánování své trajektorie a dokončit pracovní úkol.
Nový koncept kolaborace, jehož autorem vítěz Ceny Wernera von Siemense v kategorii Nejlepší absolventská práce týkající se témat Průmyslu 4.0 Stefan Grushko, může nejen zlepšit efektivitu a bezpečnost spolupráce člověka s robotem, ale také zkrátit čas, který potřebují nezkušení operátoři, aby si zvykli na výrobní proces a pohyb robota v blízkém okolí.
„Původní myšlenkou mé práce bylo umožnit robotu dynamicky se vyhýbat kolizi s člověkem ve sdíleném pracovním prostoru. Během práce na tématu jsem si však všiml problému spojeného s tímto přístupem. Konkrétně se jedná o to, že člověk vlastně neví, jak bude vypadat trajektorie robota po jejím přeplánovaní, což často může dotyčnému uživateli způsobovat diskomfort. Napadlo mě, že když jsou ruce operátora nejčastěji v pracovním prostoru robota a překážejí mu v cestě, tak by bylo možné upozorňovat uživatele na to, kde a jak moc zasahuje do pracovní trajektorie robota, a to za pomocí taktilních notifikací poskytovaných do dlaní,“ popisuje Stefan Grushko. Obsluha nemusí sledovat žádný displej ani světelnou nebo zvukovou signalizaci.
Beze strachu a nejistoty
Jím vyvinutý koncept kolaborace může nejen zlepšit efektivitu a bezpečnost spolupráce člověka s robotem, ale také zkrátit čas, který potřebují nezkušení operátoři, aby si zvykli na výrobní proces a pohyb robota v blízkém okolí. Obecně lze takový přístup použít k poskytování upozornění uživatelům o blízkosti oblasti se zvýšeným rizikem nebo také stavu jakéhokoli zařízení a technologického procesu.
Kdy se tato technologie objeví v průmyslových aplikacích, je zatím otevřenou otázkou. Stefan Grushko upozorňuje na to, že cesta mezi prototypem a běžně používanou průmyslovou technologií je velice dlouhá, obzvlášť pokud se nějakým způsobem dotýká bezpečnosti na pracovišti.
Hledají se nová, energeticky efektivní řešení
Budovy na celém světě spotřebovávají okolo 30 procent neobnovitelné primární energie. To odpovídá přibližně 28 procentům skleníkových plynů. Stále sílící důraz západních zemí na snižování spotřeby neobnovitelné primární energie a s tím související snižování emisí CO2 otevírá dveře pro nové, energeticky efektivní řešení. Zvyšování účinnosti a efektivní využívání obnovitelných zdrojů energie je jedním z podstatných aspektů boje s klimatickou změnou.
Většina komerčně vyráběných fotovoltaických panelů je schopna přeměnit dopadající sluneční záření na elektrickou energii s účinností 10 až 18 procent, zbylá část dopadlého slunečního záření se částečně odrazí a jeho poměrně velká část se přemění na teplo, které se uvolňuje do okolí ve formě tepelné ztráty. Díky propojení technologie fotovoltaického panelu a solárního tepelného kolektoru však lze využití dopadlého slunečního záření významně navýšit.
Unikátní koncept
Vývoj zaskleného kapalinového fotovoltaicko-tepelného (FVT) kolektoru, do nějž se svou disertační prací s názvem Zasklený kapalinový fotovoltaicko-tepelný kolektor zapojil Nikola Pokorný z Fakulty strojní ČVUT v Praze, směřuje ke zvýšení produkce tepelné energie do takové míry, aby mohl v budoucnu konkurovat konvenčním tepelným kolektorům na trhu. Celkový energetický přínos zaskleného FVT kolektoru by přitom měl být vyšší než u odděleného řešení solárních tepelných kolektorů a fotovoltaických panelů. Tato varianta má však i určitá konstrukční omezení, a proto dosud není významně zastoupena na trhu, přestože se jedná o solární prvek, který má velký potenciál zejména v oblasti přípravy teplé vody v bytových a rodinných domech.
Vývoj zaskleného kapalinového fotovoltaicko-tepelného (FVT) kolektoru, jak ho navrhuje Nikola Pokorný z Fakulty strojní ČVUT v Praze, držitel Ocenění Wernera von Siemense za nejlepší absolventskou práci z oboru chytré infrastruktury a energetiky, směřuje ke zvýšení produkce tepelné energie do takové míry, aby mohl v budoucnu konkurovat konvenčním tepelným kolektorům na trhu.
A právě zde je třeba vyzdvihnout přínos Pokorného práce. Nově koncipovaný fotovoltaicko-tepelný kolektor totiž využívá unikátní technologie zapouzdření fotovoltaických článků do polysiloxanového gelu. Opírá se o taktéž zcela nově vyvinutý dynamický a stacionární matematický model, na jehož základě bylo možné optimalizovat konstrukci FVT kolektoru podle výsledků ročních simulací pro vybrané klimatické podmínky. Díky tomu mohlo být následně vytvořeno několik nových prototypů kolektorů, které byly experimentálně otestovány jak za laboratorních, tak za reálných venkovních klimatických podmínek.
Záleží na odvaze
A kdy tedy bude možné setkat se s výsledky této práce v běžné praxi? „Vše záleží na odvaze investorů či firem – zda se rozhodnou fotovoltaicko-tepelný kolektor uvést na trh. V kontextu současné transformace energetiky lze očekávat stále větší důraz na obnovitelné zdroje energie, a tedy i vysokou pravděpodobnost, že se fotovoltaicko-tepelné kolektory začnou významně prosazovat. Ideální aplikací jsou budovy s omezenou plochou střechy a velkou potřebou tepla, jako jsou hotely či bytové domy, kde jsou fotovoltaicko-tepelné kolektory nejen ekonomicky výhodné, ale vykazují i maximální využití dopadlé sluneční energie na plochu střechy,“ říká Nikola Pokorný.
