Dron, oficiálne nazývaný bezpilotné lietadlo (angl. Unmanned Aerial Vehicle, UAV), je technológia určená na snímanie a zber informácií bez prítomnosti pilota na palube. Pri použití v priemyselnom prostredí môžu spolu so zariadeniami IoT tvoriť jadro priemyselnej automatizácie.

Drony ako súčasť Priemyslu 4.0

Vývoj technológií a vplyv digitalizácie pomaly dobieha aj bezpilotné lietadlá, ktoré si nepochybne nachádzajú uplatnenie v priemysle. Vďaka svojej flexibilite a užitočnosti nachádzajú uplatnenie v rôznych odvetviach. Výhody použitia bezpilotnej technológie zahŕňajú zvýšenie bezpečnosti pri inšpekciách, skrátený čas inšpekcie, minimálny vplyv na životné prostredie, zachytávanie údajov v reálnom čase s vysokým rozlíšením a nákladovo efektívne riešenie v porovnaní s helikoptérami a letmi s posádkou. Priemyselné drony môžu byť vybavené snímačmi na meranie teploty, vlhkosti, tlaku, ale aj snímačmi pohybu, elektrického poľa, hladiny metánu a pod. Môžu tiež obsahovať vysokofrekvenčnú identifikáciu RFID alebo termovízne snímače na mapovanie dôležitých oblastí v priemyselnom podniku na skúmanie potrubí, solárnych panelov alebo elektrických sietí. Mapujú tepelné anomálie, skúmajú netesnosti a vykonávaním preventívnej údržby pomáhajú podnikom vyhýbať sa možným problémom. Medzi ďalšie snímače inštalované v dronoch patria multispektrálne senzory, ktoré zachytávajú ultrafialové alebo infračervené žiarenie, hyperspektrálne senzory, ktoré identifikujú vegetáciu, minerály a iné materiály, snímače na detekciu plynu alebo snímače LiDAR, ktoré zhromažďujú údaje o nadmorskej výške, často používané na detekciu prekážok a zabránenie kolíziám.

Možnosti dronov v priemysle

Inšpekcie

Drony sa stali neoddeliteľnou súčasťou priemyselných inšpekcií vzhľadom na ich schopnosť vykonávať bezpečnejšiu a dôslednú kontrolu bez prítomnosti ľudského faktora a získavať údaje z ťažko prístupných alebo nebezpečných oblastí.

Monitorovanie a mapovanie

Bezpilotné lietadlá sa používajú na monitorovanie a mapovanie kritickej infraštruktúry, ako sú rafinérie, energetické siete, čistiarne odpadových vôd, bane, vrtné plošiny a rôzne stavby budov. Letecké snímanie poskytuje dôležité informácie vo vzťahu k topografii, prírodným zdrojom, kontaminácii životného prostredia a pod.

Logistika

Drony sa stávajú čoraz obľúbenejšími inteligentnými logistickými nástrojmi vo výrobnom a spracovateľskom priemysle. Ich konštrukčné riešenie umožňuje prepravu tovaru medzi skladmi.

Iné aplikácie

Drony vybavené špeciálnymi snímačmi môžu odhaliť netesnosti, môžu sa používať v nebezpečných oblastiach, napr. pri vysokej teplote alebo v rádioaktívnom prostredí. Drony, ktoré nepretržite monitorujú kvalitu ovzdušia a sú integrované v procese automatizácie medzi stroje, môžu okamžite signalizovať úniky alebo príliš vysokú koncentráciu určitých látok. Môže to byť dôležitá aplikácia pre chemický, ropný a plynárenský priemysel.

Keď je priestor na zmenu…

Väčšina ľudí stále hovorí o dronoch ako o sofistikovanej vojenskej technológii alebo ako o nástroji pre voľnočasové aktivity na fotografovanie rodinných alebo športových udalostí. Podniky naprieč odvetviami si však uvedomujú, že bezpilotné lietadlá majú viacero komerčných aplikácií, z ktorých niektoré idú nad rámec základného dohľadu, fotografie alebo videa, a už ich používajú na transformáciu každodennej práce v niektorých oblastiach. Medzi významné inovácie Priemyslu 4.0, ktoré ovplyvnia aj vývoj technológie bezpilotných lietadiel, patrí:

Umelá inteligencia (UI)

Skutočný potenciál bezpilotných lietadiel môže byť využitý, ak sa kľúčové technológie podporujúce Priemysel 4.0, ako sú strojové učenie, internet vecí a veľké dáta, využijú na to, aby sa z nich stali skutočné inteligentné stroje a aby efektívne zhromažďovali údaje. UI umožňuje robiť rozhodnutia nezávisle od pilota dronu. Mohla by mať schopnosť identifikovať nepriaznivé letové podmienky, napríklad poveternostné, a vyhnúť sa im. Strojové učenie navyše umožňuje dronom získavať údaje, učiť sa z nich a používať ich pri rozhodovaní v budúcnosti.

Rozšírená realita (AR)

Technológia AR je skvelý spôsob, ako doplniť schopnosti dronov. Celkom bežné sú okuliare AR, ktoré umožňujú sledovať živé vysielanie videa alebo štatistické údaje o lietaní dronu. Rozšírená realita je veľmi užitočná v aplikáciách týkajúcich sa priemyselných inšpekcií. Napríklad hasičom môže poskytnúť dôležité informácie týkajúce sa horiacej budovy – bezpečné oblasti budovy, hľadané osoby a iné.

Inteligentné snímače

Rozhodujúcim faktorom pre kvalitu a možnosti použitia priemyselných dronov sú zabudované inteligentné snímače. Snímače zisťujúce prítomnosť iných dronov alebo prekážok v reálnom čase sú nevyhnutnosťou na integráciu dronov do priemyselných aplikácií. Kamery s technológiou 3D dokážu nielen získavať obrázky, ale tiež odosielajú spätnú väzbu do palubných počítačov, ktoré sa používajú na orientáciu, navigáciu a vyhýbanie sa prekážkam. Termografické kamery používajú infračervené žiarenie a sú schopné presne zobraziť teplotu daných objektov. Snímač MIR deteguje špecifické frekvencie kvapalín alebo plynov, keď interagujú so svetlom. Môže byť použitý v širokej škále aplikácií: chemické snímanie počas spracovania materiálu, monitorovanie emisií, detekcia nebezpečenstva atď.

Elektronické tetovanie

Vývojári z Rotex Technology vytvorili tzv. elektronické tetovanie, ktoré sa nalepí na telo a pomocou drobných snímačov dokáže zmerať tep, hydratáciu, teplotu a pohyb. Merané údaje sa prenášajú do mobilnej aplikácie, kde sa vyhodnotia, podobne ako je to pri fitness náramkoch. Takéto elektronické tetovanie by mohlo nájsť využitie napríklad ako ovládanie pri hraní počítačových hier, monitorovaní zdravotného stavu pacientov, ale aj pri odovzdávaní pokynov dronom.

Sieť 5G

Technológia 5G je dôležitým bodom diskusie – nielen medzi výrobcami dronov, ale naprieč celým spektrom priemyselných odvetví. Mnoho technologických spoločností v súčasnosti tvrdí, že 5G je budúcnosť technológie bezpilotných lietadiel. Sťahovanie, ktoré trvalo niekoľko minút, môže byť vďaka 5G dokončené behom niekoľkých sekúnd. Aj keď sú niektoré bezpilotné lietadlá vybavené technológiou na využívanie mobilných dát 4G, stále platí, že veľa bezpilotných lietadiel je riadených iba systémami rádiového diaľkového ovládania. Pri týchto systémoch je tendencia, aby mali pomerne obmedzený dosah tesne pod 5 km. Pokiaľ je však dron v rámci pokrytia mobilnou sieťou, môžu tí, ktorí sú schopní využívať pripojenie 4G, prijímať signály na neobmedzenú vzdialenosť.

A čo podvodné drony?

Podvodné drony je pojem zahŕňajúci diaľkovo ovládané vozidlá (angl. Remotely Operated Vehicles, ROV) a autonómne podvodné drony (angl. Autonomous Underwater Vehicles, AUV). Sú to ponorné, vodoodolné bezpilotné lietadlá. Spravidla sú vybavené HD kamerami, početnými snímačmi, svetlometmi, niektoré podvodné drony aj robotickými ramenami. Drony typu ROV obsahujú navádzacie lano potrebné na získanie živého videa a na zaistenie správnej navigácie pod hladinou. Operátor ovláda podvodný dron z miesta na hladine, napríklad z lode, keďže vodoodolné ovládače nie sú zatiaľ bežné. Špeciálne ROV môžu mať navyše sonary, magnetometre, vzorkovače na odber vody či prístroje merajúce čistotu, hustotu a teplotu vody. Menšie ROV sa používajú na pozorovanie a inšpekciu v priemysle a výskume, ich dosah je do 300 metrov. Na druhej strane veľké ROV sú vhodné pre ropný a plynárenský priemysel, pretože sa potápajú do hĺbky až 6 kilometrov. Tieto veľké podvodné drony môžu zabezpečiť úlohy ako zdvíhanie, vŕtanie, výstavba a kontrola potrubí. Nevýhodou ROV môže byť navádzacie lano, bez ktorého by sa dron pod vodou stratil. Preto sa v posledných rokoch začali používať autonómne podvodné drony, ktoré na rozdiel od ROV fungujú nezávisle od ľudskej kontroly a nemusia byť priviazané lanom. Avšak neprítomnosť navádzacieho lana môže spôsobovať problémy v spôsobe komunikácie, ktorá je ovplyvňovaná pohybom, resp. vlnením vody. V dôsledku skreslenia signálu pod vodou môže byť problematická aj samotná navigácia AUV. Preto sa na navigáciu podvodného dronu AUV používa inerciálna navigácia. Vo všeobecnosti môže byť nevýhodou podvodných dronov krátky dosah a nízka výdrž batérie. Preto vedci experimentujú a vyvíjajú spôsoby, ktorými by získali energiu z morskej vody, a inštalujú podvodné elektrárne na bezdrôtové prenášanie energie. Získajú si podvodné drony dôveru v priemysle?

Dron ako…

Bezpilotné lietadlá nám v čase celosvetovej pandémie koronavírusu ukázali ich budúce využitie vo veľkom. Drony sa používali na doručovanie zásielok, dezinfikovanie priestorov, monitorovanie oblastí s vyššou koncentráciou pohybu, ale aj na meranie teploty pohybujúcich sa osôb. Je teda len otázkou času, kedy sa naplno prejaví ich potenciál nielen v priemysle, ale aj v bežnom svete. Pozrime sa na príklady, ktoré zmenia spôsob prepravy osôb, poskytovania prvej pomoci a doručovania tovaru.

Verejná doprava

Aj keď to znie futuristicky, drony sa stávajú vozidlami na prepravu osôb. Existujú spoločnosti, ktoré už vyvinuli efektívne riešenia. Čínska spoločnosť UAV Ehang predstavila rýchle prepravné riešenie – Ehang, ktoré dokáže prepraviť jednu osobu s hmotnosťou do 100 kg na trase dlhej 30 – 50 km.

Lekárska pomoc

V budúcnosti budú drony slúžiť ako lietajúce sanitky, ktoré môžu pacientom kedykoľvek a kdekoľvek dodávať lieky a prostriedky prvej pomoci. Môžu byť tiež vybavené kamerami, aby lekári mohli v prípade núdze pacienta vyšetriť na diaľku a poskytnúť lekársku pomoc.

Zásielková služba

Podľa posledných správ spoločnosť Google a Amazon vyvíjajú svoje vlastné bezpilotné lietadlá, aby sa zásielka mohla doručiť letecky v oveľa kratšom čase. Navyše Facebook plánuje vyvinúť veľké drony, ktoré by prenášali internetový signál do vzdialených miest.

Prípadové štúdie

Španielska elektráreň Endesa úspešne testovala nové podvodné diaľkovo ovládané vozidlo, ktorého aplikácia má znížiť náklady na kontrolu a údržbu vodných nádrží, kanálov, chladiacich veží a pod. Podvodný dron obsahuje kameru a odborný pracovník manipuluje s dronom na základe snímania reálneho okolia. Dosah ROV je 300 metrov. ROV okrem snímania prostredia vykonával aj čistenie kovových častí a odoberal vzorky vody a usadeniny pomocou robotického ramena, ktoré umožňuje manipuláciu a prepravu predmetov nachádzajúcich sa na dne. Je tiež vybavený bagrovacím systémom na čistenie a odsávanie usadenín v nádržiach a potrubiach. Elektráreň Endesa použila ROV aj v chladiacich vežiach a nádržiach na kontrolu stavu stien a na hľadanie padnutých materiálov. Medzi ďalšie aplikácie patrí kontrola výstupov vody a čerpadiel a monitorovanie pH, teploty a kyslíka v jazerách a priesakových nádržiach či prasklín v studniach, kanáloch a vodovodných potrubiach. Hlavnou výhodou ROV pre spoločnosť Endesa je minimalizácia rizika zamestnancov alebo odborníkov, ktorí musia ísť s cieľom vykonať inšpekciu alebo údržbu pod vodnú hladinu.

Linc Terminal je jedným z popredných indonézskych nezávislých poskytovateľov skladov ropy a chemikálií, strategicky umiestnený v Ciwandane (Banten), petrochemickom centre Indonézie. Linc Terminal vlastní a prevádzkuje 20 skladovacích nádrží s celkovou kapacitou 80 000 kilolitrov. V spolupráci s Halo Robotics, ktorý je partnerom mnohých svetových lídrov v komerčných technológiách dronov, používajú bezpilotné lietadlá na podporu údržby a riadenia zásob v nádržiach a potrubnej infraštruktúre. Technológia dronov v Linc Terminal viedla k obrovskej účinnosti a optimalizácii, ktorá umožňovala prístup ku kritickým priestorovým a vizuálnym údajom bez toho, aby spôsobila akékoľvek prevádzkové prestoje. Halo Robotics zabezpečil vizuálnu inšpekciu prevádzkových technológií z vonka s použitím infračerveného žiarenia. Ďalšou aplikáciou bola blízka inšpekcia, ktorá umožnila lietanie dronu v nádrži a okolo vysoko rizikových štruktúr bez prítomnosti ľudského faktora. Halo Robotics tiež zabezpečil skenovanie technológiou LiDAR, ktorá umožňuje presnú 3D rekonštrukciu objektu.

Ste pripravení?

V tomto okamihu UAV a ďalšie technológie súvisiace s Priemyslom 4.0 napredujú takým rýchlym tempom, že si nemôžeme byť istí, aké prevratné inovácie prinesú. Môžeme si však byť istí, že tieto technológie vytvárajú obrovské obchodné príležitosti, stačí sa na ne pripraviť.

Zdroje

[1] Drone technology training to boost EU entrepreneurship and Industry 4.0. Ludor Engineering. [online]. Citované 4. 8. 2020. Dostupné na: http://ludoreng.com/eduDrone/IO2_eduDrone_EN.pdf.

[2] Clark, M.: 5G and the future of drones. Coptrz. [online]. Publikované 17. 6. 2020. Citované 4. 8. 2020. Dostupné na: https://www.coptrz.com/5g-and-the-future-of-drones/.

[3] Innovating to Fight Covid-19: Four Ways Drones Are Contributing. DJI Enterprise. [online]. Citované 4. 8. 2020. Dostupné na: https://enterprise.dji.com/news/detail/fight-covid-19-with-drones.

[4] Underwater Drone Technology. Aerospace & Defense. [online]. Publikované 1. 5. 2020. Citované 4. 8. 2020. Dostupné na: https://www.aerodefensetech.com/component/content/article/adt/features/articles/34329.

[5] Patel, S.: Tiny Underwater Robot Has Big Impact at Endesa´s Thermal Power Plants. Power. [online]. Publikované 17. 10. 2019. Citované 4. 8. 2020. Dostupné na: https://www.powermag.com/tiny-underwater-robot-has-big-impact-at-endesas-thermal-power-plants/.

[6] Real Life Applications for Oil & Gas Inspection Drones. Halo Robotics. [online]. Citované 4. 8. 2020. Dostupné na: https://www.halorobotics.co.id/oil-gas.