יאנס ויגאנד, ווינד ריבר
זה שנים רבות שרובוטים מהווים מוקד משיכה עבור בני אדם. תמיד משך אותנו הרעיון שיהיה ברשותנו כלי שנשלט מרחוק, או נשלט באופן עצמאי, רק ברמז או לפי הזמנה. מעבר להנאה שגלומה בכך, השימוש ברובוטים חשוב עד מאוד במקומות שאליהם בני אדם לא יכולים להגיע, החל בשדה הקרב ועד לסביבות עבודה תעשייתיות קשות בהן בני אדם לא יכולים לשרוד זמן רב. כך לדוגמה, אחד מ”תת-ענפי” הרובוטיקה, כלי רכב בלתי מאוישים [כרב”מ – Unmanned aerial vehicle (UAV)] מסייע כיום בהישרדות באזורי מלחמה, כלים לטיפול במטעני נפץ הנשלטים מרחוק מונעים אבדות בנפש באזורים רבים, וביפן פיתחו רובוט המפנה אנשים שנפצעו ממקומות שאליהם צוותים רפואיים לא יכולים להגיע.
אבל, האתגר האמיתי קיים בהשגת ההקשחה, האמינות והשליטה בזמן אמת, הנדרשים למערכות אוטומטיות אלו. אנשי הקונסורציום התעשייתי הצרפתי, קבוצת INTRA, ניצבו מול בעיה זו במשך שנים רבות, במהלך פיתוחה של סדרת רובוטים שנועדו לביצוע תיקונים בתחנות כוח גרעיניות – בעיקר לאחר שאירעו בהן תאונות. כדי להגן על המפעילים שלהן מפני זיהום יש להפעיל את המערכות האלו ממרחק משמעותי, אך באותו זמן עליהן להגיב בזמן אמת ממרחקים היכולים להגיע במקרים מסויימים לקילומטרים רבים. מערכות אלו – בין אם הן רובוטים מסיירים שבודקים מבנים ובין אם הן משאיות ענק לפינוי אדמת חפירה (ציוד מכני הנדסי) – לא רק שנדרש לשלוט בהן מרחוק, אלא עליהן גם לפעול באופן אמין ביותר בכמה מהסביבות הקשות ביותר בעולמנו.
עד עתה, רבות מהמערכות ברובוטים האלו היו קנייניות, מפני שביצועים של ציוד סטנדרטי לא עמדו בדרישות המערכת, אך בשל כך, קשה מאוד היה לקדם את התפתחות המערכת ללא שינוי התוכנה.
ואולם, פלטפורמות ותוכנה מסחריות הפכו באחרונה למתאימים לשימוש בתכנונים המאתגרים במיוחד. אנשי הפיתוח בקבוצת INTRA, בעזרתם של אנשי הצוות בחברת ECA, מחליפים כיום מערכות בנות 15 שנים בלוחות אם של פנטיום 4 המקושרים למעגלי ממשקים ותקשורת במערכות מומחה ועוברים לארכיטקטורת תוכנה חדשה לחלוטין. שילוב זה מאפשר להם לעדכן את מערכות הרובוט במהירות וביעילות בלי להיתקל בשגיאות תוכנה ובבעיות אחרות.
לרובוטים אלו, שצריכים לתפקד שנים קדימה, יש צורך מראש בפלטפורמות עם אורך חיים ארוך, ולכן נרכשו מערכות כפולות נוספות של לוחות פנטיום 4 ואוחסנו כשהן מוכנות להחלפה למקרה של תקלה כלשהי. המשמעות של מעבר לפלטפורמות המסחריות היא שנוצר גם הפוטנציאל לשדרוג להתקנים החדשניים ביותר, במקביל לשמירה על אותו בסיס תוכנה, עובדה שאפשרה למערכות להתפתח בדרך מבוקרת.
עיקרה של המערכת צריך להיות בקרה בזמן אמת. קבוצת INTRA, הנמצאת בבעלות קונסורציום של חברות צרפתיות לציוד גרעיני, מפתחת, בונה ומתחזקת את צי הרובוטים כשהוא מוכן לפעולה. בעבר, השתמשו במערכת הפעלה זמן אמת – Irmx OS – שפותחה במיוחד עבור תעשיית הגרעין. המעבר למערכת הפעלה מסחרית איפשר ההתפתחות של טווח רחב של כלים לפיתוח ולתמיכה לטווח ארוך, ולכן אנשי קבוצת INTRA בחנו מערכת הפעלה משובצת ותוכנת Linux בקוד מקור פתוח לפני שבחרו ב–VxWorks של Wind River. הדטרמיניזם, היציבות ועקבת המעגל הקטנה של מערכת ההפעלה VxWorks בשילוב עם תוכניות התחזוקה והתמיכה למשך מחזור החיים של Wind River, הופכים את VxWorks למועמדת אידיאלית שעומדת בדרישות הייחודיות של מערכות בקרה רובוטיות. מעבר לכך, נלקח גם בחשבון שמערכת VxWorks משמשת כבר במידה רבה במערכות רובוטיות, החל בסיירי המאדים ועד למערכות רובוטיות תעשייתיות ולרובוטים מהלכים (דמויי אדם).
מערכת ההפעלה VxWorks פועלת ביחידות בקרה מרובות במערכת, בין אם במסכי מרכז הבקרה ובין אם ביחידות הבקרה שברובוטים עצמם – ולמעשה, בכל מקום שבו נדרשת תגובה בזמן אמת. הרובוטים מבוקרים על ידי קישור אלחוטי שמפעיל שיטת קידוד קניינית קשיחה במיוחד לביצועים גבוהים, שפותחה בשנות התשעים ומשתמשת בפס שידור של 20 תדרים, המסופק על ידי הצבא הצרפתי, ומובטח שיהיה זמין בזמן אמת. בנוסף, ניתן גם לשלוט ברובוטים באמצעות סיב אופטי באורך של 5 קילומטר בתלות במצב בשטח, ואותו פרוטוקול משמש בתקשורת דרך הסיב כדי לספק אותם נתוני יתירות ועקבת מעגל. אותו ציוד משמש עבור קישור סיב אופטי כדי לתת למפעיל גמישות רבה ואמינות רבה ככל האפשר.
למערכת יש צורך בזמן תגובה של פחות מ-100 מילי שניות עבור כל הנתונים, שלושה ערוצים של וידיאו ברזולוציה גבוהה המגיעים מהרובוט ולכל פעולות האתחול, כדי שלמפעיל תהיה בקרה מובטחת בזמן אמת. זהו אתגר עצום לכל מערכת הפעלה ודרישת מפתח עבור קבוצת INTRA בבחירת VxWorks.
המערכות שודרגו כבר ל-VxWorks ברובוטים לשליטה מרחוק VERI II, ERASE ו-ERELT שמשמשים לבדיקת מבנים באזורי זיהום ואוספים דגימות למחקר מעמיק יותר. רובוטים אלו – עם ארבע מצלמות שמעבירות מידע למרכז הבקרה – חייבים להיות מוקשחים ברמה גבוהה עם דרגות הגנה גבוהות, על מנת למנוע התרחשות של שגיאות מצטברות בתוכנה, שיכולות להיגרם כתוצאה מהחשיפה לפגיעות של חלקיקי קרינה, שכן הם יכולים להישאר בחוץ באזור המזוהם בפרק זמן של עד 80 שעות. הרובוטים צריכים גם לטפס על אבנים ושתהיה להם יכולת גישה לאזורי מפתח שנהרסו בתאונות.
הצעד הבא הוא לשלב את VxWorks במשאית EBENNE המשמשת לפינוי אדמת חפירה, בעלת מעמס של 20 טון, שאורכה 10 מטרים ועם שליטה מרחוק, כזו שנבנתה על ידי Caterpillar בארצות הברית, והיא בעלת שש מצלמות שמספקות נתונים למרכז הבקרה.
המערכות הרובוטיות שהוסמכו לפעולה על ידי אנשי קבוצת INTRA ומתופעלות על ידם, חייבות לפעול באופן אמין ויעיל בחלק מהסביבות הקשות ביותר המוכרות לאדם. אמנם בעבר משמעות הדבר הייתה פיתוח חומרה ותוכנה קנייניות, אך כעת, הזמינות של מערכות זמן אמת לביצועים גבוהים מאפשרת העברה של מערכות אלו למימושים מסחריים, כדי שיוכלו לעמוד בדרישות הגבוהות של יתירות וקשיחות. גם בבעיות הקשורות בשימוש בחומרה לאורך זמן רב, המערכת מספקת תמיכה בתוכנה לאורך זמן ומפשטת את ההתפתחות של המוצרים, כך שאנשי הפיתוח יכולים להוסיף תכונות חדשות ולהבטיח שהרובוטים יהיו תמיד מוכנים לשירות.
