Fraunhofer na Hannoverském veletrhu

Co je těžké pro jednoho, může být mnohdy lehčí pro spolupráci. Čím lépe je podnik zapojen do sítě, tím rychleji a úspěšněji může inovovat a jeho inovace jsou uplatňovány na trhu. Německá společnost Fraunhofer velmi těsně spolupracuje s partnery z průmyslu, hospodářství i politiky. Až 56 institutů se propojuje podle požadavků a kompetencí do flexibilních struktur. Tak je zajištěna vedoucí pozice ve vývoji systémových řešení a provádění kompletních inovací. Velikost inovačních sil závisí na stupni propojení do sítě. Vysokých inovačních schopností malých a středních podniků je dosahováno mj. zapojením zákazníků do inovačního procesu. Také evropská IMP3rove benchmark studie z iniciativy Evropské komise prokazuje význam síťového propojení a otevřenosti inovativního managementu pro růst malých a středních podniků. Široké zapojení externích zdrojů zvyšuje počet a hodnotu nápadů, námětů a inovativních projektů. Záleží ovšem na kvalitě a intenzitě spolupráce. Celý inovační proces se musí řídit systematicky, trvale podporovat a vyhodnocovat. Partneři jsou zapojeni intenzivně po dobu celého inovačního procesu. Fraunhoferova společnost pracuje pod heslem: Úspěch díky kooperacím – rychleji od myšlenky k produktu. Fotbalová utkání robotů Zápasy fotbalových robotů patří k ambiciózním hightech soutěžím univerzitních týmů, výzkumných ústavů a průmyslových podniků. Fotbal je vysoce komplexní úkol a roboti musí být doslova prošpikováni rozmanitou špičkovou technikou. Kamery, senzory, palubní procesory, inovativní pohony umožňují kopajícím robotům sprintovat přes celé hřiště a v blízkosti protivníka provádět neočekávané kličky. V „midlesize lize“ se roboti pohybují na kolečkách po hřišti o rozměrech 20 x 14 m. Čtyři hráči a jeden brankář musí být zcela samostatní, mají kamerové systémy se zpracováním v reálném čase na palubě a pohybují se rychlostí až 2 m/s. Jiné robotické stroje (pes Aibo od Sony) běhají po čtyřech mechanických tlapkách. Od roku 2005 nastupují také dvounozí roboti. Tito humanoidi dělají v posledních letech značné pokroky. Jako správní hráči padají a znovu vstávají, hledají míč a střílí góly. Ale nejde jen o fotbal. Existují soutěže robotů pro domácnost a pro „záchranáře”, kteří jsou vysíláni na překážkové dráhy. Mnoho součástí vyvinutých původně pro robotický fotbal se dnes uplatňuje v jiných aplikacích (např. v lokalizační technologii). Je tomu tak i u robotů, které automaticky sekají trávník nebo odebírají vzorky mořského dna pro výzkumné účely. Do soutěží se letos přihlásilo asi 300 fotbalových mužstev. Sto týmů se kvalifikovalo v Hannoveru ve čtyřech turnajích. Soutěže jsou pořádány pro mládež, seniory, ale i pro děvčata, která soutěží např. s tančícími roboty. V Německu chybí desítky tisíc inženýrů. To je závažný problém. RoboCup je velmi významný k získávání zájmu dorostu o studium technických oborů. Roberta jde Evropou Doba, kdy dívky nezajímaly přírodní vědy a technika je ta tam. Už 5 let pracují žákyně a studentky v kurzech Roberta s roboty. Nyní Roberta vykročila do Evropy. Mimořádně úspěšný projekt odstartoval Fraunhoferův institut (FI) inteligentních analytických a informačních systémů IAIS v Sankt Augustinu. Děvčata nepřitahuje programování tanků a bojových vozidel nebo fotbalových robotů. Dívky učí roboty tančit nebo s nimi organizují záchranné práce. Současně je v Německu 22 regionálních center Roberta. Akce je známa v celém Německu a další regionální centra mají vzniknout. Kromě toho rozšiřuje Roberta svoje tykadla po Evropě. V Anglii, Švédsku, Rakousku, Švýcarsku a v Itálii je již 12 regionálních center. Elektronické cenovky Změny cenovek na regálech supermarketů mohou být značně náročné pro zaměstnance. U pokladen mohou zákazníci často zažít milé i nepříjemné překvapení. Se systémem displejů zapojených do sítě se dají ceny rychle a kdykoli aktualizovat z jednoho centrálního počítače. Pracovníci FI pro mikroelektronické obvody IMS v Duisburgu vyvinuli společně s firmou renzel media síťové displeje. Přes centrální počítač v kanceláři může vedoucí pobočky rychle a nekomplikovaně měnit ceny na displejích. V každé obrazovce je integrován přijímač. Centrální počítač může každý displej jednotlivě vybudit. Soubor s novými cenami se zkopíruje do hlavního seznamu, stiskne se tlačítko a údaje na regálech jsou aktualizovány. Software dodává přímo renzel media. Data (obrazy i texty) jsou vysílána v malých datových paketech. Důvodem jsou malé procesory displejů. Díky nim také displeje pracují energeticky úsporně a nevyvíjí příliš mnoho tepla. Mohou být v hermeticky uzavřených pouzdrech a používány např. i na chladicích regálech, kde je vlhkost nevyhnutelná. Prototyp síťového zobrazovacího systému s 25 displeji viděli i návštěvníci v Hannoveru. Vývojáři nyní pracují na jeho uvedení do sériové výroby. Inteligentní cyklistika Jízda na kole je zábava. Při nesprávném zatížení se rychle ztrácí radost z pohybu. Nápomocny mohou být adaptronické konstrukční díly, které hlásí chybné zatížení. Mnozí amatérští sportovci nevyužívají plně možností vybavení. Řadí zřídka a pozdě, až když ztrácí dech. Inteligentní klika se dvěma integrovanými piezosenzory kontroluje sílu vynakládanou do pedálů a ukazuje jezdci jak šlape. Cílem projektu In-Guss je výroba inteligentních odlitků, do kterých mohou být přímo integrovány již při jejich vzniku senzorické, aktorické a obecně elektronické komponenty. Pracovníci FI pro výrobní techniku aplikovaný materiálový výzkum IFAM, pro provozní bezpečnost a systémovou spolehlivost LBF a pro integrované obvody IIS vyvíjejí v rámci tohoto projektu výrobní techniku i integrovatelné komponenty. Integrace senzorů, aktorů a elektronických prvků již při odlévání do součástí z lehkých kovů není jednoduchou záležitostí. Jde spíše o opovážlivost, poněvadž vysoké teploty překračující až 700 °C, které působí při lití, mohou citlivou elektroniku zničit. Komponenty je nutno chránit speciálním materiálem i vhodným uspořádáním. Tak se dají zalévat např. RFIDtranspondéry pro možné sledování, poznávání a ochranu produktů před pirátskými kopiemi. Počítá se rovněž s možností včasného hlášení únavy materiálu senzory v leteckých součástech. Sledovat a aktivně ovlivňovat se dají integrovanými aktory také chvění a vibrace. Laserový skener řídí auto Může auto zcela bez řidiče projíždět městem – řízené pouze počítačem? V podstatě ano. „Spirit of Berlin“ představené v Hannoveru je výsledkem vývoje FI IAIS v Sankt Augustinu a Svobodné univerzity Berlín. Toto vozidlo se zúčastnilo soutěže „DARPA Urban Challenge“ a dostalo se až do semifinále soutěže vozidel bez posádky uspořádané výzkumným oddělením amerického ministerstva obrany v listopadu 2007 na zastavěném pozemku opuštěných kalifornských kasáren. Jedním z nejvýznamnějších senzorů tohoto vozidla je rotující 3D laserový skener vyvinutý v IAIS. Skener je umístěn na střeše vozidla, klasifikuje projížděnou trasu a rozlišuje silnici od chodníků, parkoviště, domy nebo chodce. Zrcadlo pohybuje laserovým paprskem neustále po vertikální ose, sem a tam a zase zpět. Překážka na cestě odráží laserový paprsek zpět ke skeneru. Software analyzuje tyto informace za jízdy a vede auto okolo překážky. Systém se skládá ze dvou skenerů umístěných zadními stranami k sobě. Rotující modré světlo, jako u hlídkových policejních vozidel, tak „vidí“ kompletní okolní prostředí vozidla. Snímány jsou dva kompletní obrazy za sekundu. Snímané údaje jsou trvale analogově korigovány s projížděnou trasou. Při rychlosti 36 km/h ujede auto 10 m/s. Měřené údaje se proto musí permanentně přizpůsobovat aktuální pozici automobilu. Prozatím je skener v hodnotě asi 18 000 eur pro osobní vozidla příliš drahý, i když je oproti jiným obvyklým modelům cenově výhodný. Prakticky jsou dnes 3D laserové skenery využívány ke zkoušení viditelnosti reklamních poutačů. Na rozdíl od fotografie má pozorovatel informace o odstupu a vzdálenostech. Plakátovací plochy, které jsou z libovolného úhlu dokonale viditelné, se dají dráže pronajímat než ty, na které je dobře vidět pouze z jediného směru. Dobré služby může 3D laserový skener poskytovat také při přepravě rozměrných nákladů. Velkou předností 3D laserového skeneru IAIS je cena, která je pouze třetinová oproti obvyklým 3D laserovým skenerům. Nervový systém struktur Technické struktury dostanou nervový systém. Vývojáři a uživatelé si od toho slibují větší bezpečnost, údržbu podle potřeby a efektivní využití materiálů a energií. Demonstrátorem v Hannoveru bylo zařízení na kontrolu větrných elektráren. Na 1 cm2 lidské kůže se průměrně nachází více než 300 receptorů, které registrují bolest, teplotu, tlak nebo chlad. Malé senzory nepřetržitě snímají a dále vedou důležité informace o stavu vnějšího tělesného obalu široce rozvětveným nervovým systémem až do mozku. Elektronická síť, která si vzala za vzor tento nervový systém, bude v budoucnu chránit technické struktury: letadla, ropovody, rotorové listy větrných elektráren. „Structural Health Monitoring (SHM)“ je název této ctižádostivé koncepce. Promyšlené systémy senzorů, aktorů a signálních převodníků „cítí“ zavčas trhliny i jiná poškození, především na kritických místech, která jsou obtížně přístupná. Na rozdíl od konvenčních zkušebních metod je struktura trvale sledována a kontrolována v každodenním provozu. Známé jsou ultrazvukové systémy se senzory z keramických piezovláken převádějících mechanickou energii na elektronické impulzy a naopak. Každý piezoelement může být nasazen jako vysílač i jako přijímač. Strukturu můžeme vybudit vibracemi a chvění struktury můžeme snímat. Ultrazvuk se šíří vlnami v určitém vzorku. Trhliny nebo jiná poškození tento vzorek mění. Skupina čtyř piezoelementů stačí k lokalizaci závady, která je často velká jen několik milimetrů. Na výzkumu pracuje FI LBF společně s institutem pro nedestruktivní zkoušky IZFP v Drážďanech. Tyto systémy by měly v budoucnosti při nejmenším alespoň částečně nahradit stávající zkoušky. Mimořádný význam mají SHM metody v letectví a u nepřístupných zařízení. Získávaná data pomáhají také optimalizovat příští generace konstrukčních dílů. Bezpečnější akumulátory pro mobilní telefony Nový druh lithium-iontových akumulátorů s pevným elektrolytem není hořlavý. Pracovníci FI pro výzkum silikonů ISC ve Würzburgu optimalizovali bezpečnost těchto akumulátorů. Podařilo se hořlavé organické elektrolyty nahradit nehořlavými tvarově stabilními polymery. Použitý polymer pochází ze skupiny materiálů Ormocere ® - sloučenin s křemičito-kyslíkovými řetězci, které vytváří anorganickou kostru, na níž jsou přivěšeny organické postranní řetězce. Polymer musí dobře vést lithiové ionty. Obvykle klesá vodivost polymeru s jeho pevností. Můžeme využívat vazební kusy se dvěma, třemi nebo čtyřmi rameny. S Ormocerem existuje tedy více možností než u jednoho druhu plastu. Prototyp článku již existuje a do prodeje se dostane během 3 až 5 let. Výzkumníci se domnívají, že je naprosto reálné, aby tyto akumulátory společně s kondenzátory konkurovaly olověným bateriím v automobilech. Energie, kterou poskytuje slunce a vítr, většinou nekoresponduje se spotřebou. Přebytečnou energii je nutno akumulovat olověnými akumulátory. Ty snesou pouze omezený počet cyklů a musí být po 3 až 5 letech vyměněny. U větších zařízení se pro dočasnou akumulaci využívají přečerpávací stanice, které mají nízkou účinnost a potřebují mnoho místa. Alternativou k olověným akumulátorům a přečerpávacím stanicím jsou Redox-Flow-baterie. Mají srovnatelnou hustotu energie, ale jejich životnost je téměř 10krát vyšší než u běžných olověných akumulátorů. Pracovníci FI pro chemickou technologii ICT v Pfinztalu vyvinuli prototyp Redox-Flow-baterie, se kterým se dají co nejpružněji testovat nejrůznější materiály elektrod, membrány a elektrolyty. Tak se dají nejrůznější Redox-Flow systémy v testovací konstrukci provozovat a vyhodnocovat výhody a nevýhody daných systémů. Podle literárních pramenů se systémy nedají správně porovnávat, poněvadž každý systém je měřen v jiné testovací konstrukci. Měření v 3D U mnoha optických komponentů (např. automobilových světlometů, optiky pro kamery a fotoaparáty) se dnes nejedná o sférické čočky, ale o geometrie volných tvarů, která už není rotačně symetrická. Jejich výroba a zkoušení je náročnější. Vědci FI pro užitou optiku a jemnou mechaniku IOF v Jeně představili letos v Hannoveru metodu 3D-měření LensShape, s níž se výroba zrychluje a je cenově výhodnější. Vývojem se zabýval klaster optických technologií IOIN v Jeně. Dosud trvalo proměřování asférické čočky vysoce přesným souřadnicovým měřicím strojem déle než hodinu. S optickým 3D-skenovacím systémem trvá pouhých 15 minut. Zařízení pracuje bez dotyku a proto není nebezpečí poškrábání. Pomocí získaných dat se dá zpracování okamžitě korigovat. Digitálním projektorem se promítají na volně tvarovanou plochu pruhy. Ty jsou snímány CCD-kamerou z nejrůznějších směrů a pomocí speciálních matematických metod jsou vyhodnocovány deformace na PC. Při tom se dají rychle a jednoduše stanovit odchylky v rozsahu mikrometrů oproti požadovaným hodnotám. Získaná data mohou být využita při následném broušení. Tak může být uzavřen korekční cyklus, což je značnou předností metody. Zatím co Carl Zeiss potřebuje měřicí variantu do 300 mm, mohou být proměřovány také malé optiky, dokonce pod 10 mm. Okolo bezpečnosti Karoserie spolurozhodují o bezpečnosti cestujících a v rozhodujícím momentu je chrání. V projektu EU se nyní vyvíjí inteligentní ochrana proti bočnímu nárazu APROSYS (Advanced Protection Systems). Výzkumní pracovníci FI, nejrůznějších univerzit, automobilky a jejich dodavatelé vyvíjí aktivní nárazovou jednotku, která v rozhodujícím momentu odebere energii a tak chrání cestující. Pracovníci výzkumu FI pro provozní bezpečnost a systémovou spolehlivost vyvinuli určitý druh sedmého smyslu pro osobní automobily, který předpovídá nehody a dává impulz potřebný k aktivování ochrany proti bočnímu nárazu. Stereokamery a radarové senzory permanentně snímají okolní prostředí a údaje jsou pak vyhodnocovány v centrálním počítači. FI pro zpracování informací a dat IITB vyvinul software, které může cca 200 ms předem předpovídat boční náraz. Počítač uvolní proudový impulz, který zahřeje drát ze slitiny s tvarovou pamětí. Toto řešení je rychlejší než tradiční magnetické spínače. Teplem deformovaný drát uvolní pružinu, která zatlačí na svorník integrovaný do sedadla na straně dveří. Systém stabilizuje kovové těleso ve dveřích, jež při nárazu absorbuje energii. Funkce této ochrany byla prakticky ověřena crash testy v březnu ve Španělsku. Virtuální produkty Automobily, mobilní telefony, počítače nebo nábytek vznikají dnes většinou jako virtuální na PC dříve než jsou zhotoveny reálně. V projektu Functional DMU (Digital Mock-Up) rozšiřují pracovníci FI digitální vývoj produktů o nové funkce. Elektrické zvedání oken automobilů má také svá bezpečnostní rizika. Když např. dítě prostrčí ruku mezerou, musí být pohyb okamžitě zastaven. DMU je dnes standardem ve vývoji virtuálních produktů – reprezentuje strukturu i polohově správnou geometrii produktu. Zabývá se jím FI pro grafické zpracování dat IDG v Darmstadtu. U Functional DMU mohou být pomocí nejrůznějších softwarových produktů simulovány zejména mechatronické komponenty. Kromě IDG se na vývoji Functional-DMU-Framework s nímž se dají virtuální mechatronické vlastnosti konstrukčních dílů integrovat do simulací podílely také FI pro integrované obvody IIS, FI pro automatizační projektry EAS, Institut pro otevřené komunikační systémy FOKUS a Institut pro provozní bezpečnost a spolehlivost systémů LBF. Zde se propojují různé komerční simulace jako SimPack, Matlab/Simulink a Dymola. Mimořádně významné je možnost zobrazení chování konstrukčních součástí v reálném čase. Jedním z demonstrátorů je právě elektrický zvedák oken automobilu. Jako další vědci plánují zkušebnu řízení, kde se rovněž dohromady sdružují mechanické, elektrické a softwarové komponenty. Reálněji to snad není možné Superpočítače simulují produkty a výrobní metody během minut. V projektu „Computer Aided Robust Design“ CAROD bylo vyvinuto nové software značně zkvalitňující virtuální komponenty. Ráfky a další součásti automobilů, které musí vydržet mnoho kilometrů bez poruchy je nutno zkoušet z hlediska životnosti. Pomocí senzorů sledujících opotřebení to může trvat i mnoho týdnů. CAROD umožňuje simulaci poruch předem. Cílem je vyvinout software, s jehož pomocí se dají vkládat reálné odchylky do simulačních výpočtů. Výsledek: mechatronické systémy, crash testy nebo metody laserového obrábění mohou být méně citlivé vůči chybám, závadám a variacím. Základem technologie je Taguchimetoda. Japonec Genichi Taguchi vyvinul metodu zajišťující větší odolnost (necitlivost) produktů, procesů a systémů proti poruchám. Úkolem projektu CAROD je zohledňovat chyby, variace a výpadky již při virtuálním návrhu, aby se zlepšila kvalita. Simulacemi mají být docíleny přirozené výrobní podmínky, a to co možná nejlépe. Experti jsou s novým simulačním software teprve na začátku. /an/