3D skenování - technologie, při níž je fyzický tvar objektu převeden na digitální, není žádnou novinkou, ale jeden ze standardních způsobů získávání dat a laserové skenovací systémy prodělávají bouřlivý vývoj. Zatím se soustřeďují povětšinou na skenování fyzických objektů. Objevují se už ale první vlaštovky digitálního snímání prostoru uvnitř budov.

 

Například studenti v Berkeley nedávno sestrojili přístroj, s jehož pomocí lze snadno a levně skenovat vnitřní prostory budov a dalších uzavřených prostranství ve trojrozměrném zobrazení. Zařízení se nosí jako batoh, obsahuje čtyři kamery a čtyři lasery (obraz a geometrie) pro přesné snímání stěn, podlah a stropů, což ve finálním stádiu vytvoří trojrozměrný obraz prostor. S tímto zařízením se tak lze snadno dostat i do míst, kde by různé drahé robotické stroje měly potíže. Studenti použili laserovou triangulaci, stereoskopickou techniku, kde je vzdálenost objektu vypočtena pomocí rozkmitávaného laserového paprsku a kamer. Laserový paprsek je promítán na povrch snímaného tělesa, kde jej snímají kamery. Kamery jsou umístěny ve známé poloze vůči skeneru a pomocí trigonometrie pak lze vypočítat 3D prostorové (XYZ) souřadnice bodů povrchu. Kamery zaznamenávají průměty laseru na povrch a digitalizují všechny body z laserové čáry.

 

Trojrozměrným skenováním prostoru se zabýval pod vedením Michala Moučky, vedoucího katedry aplikované kybernetiky Fakulty strojní TUL, ve své diplomové práci také Lukáš Stanislav z TUL. Letos v březnu pak představil svůj vlastní 3D skener prostředí pro robotické aplikace na 11. mezinárodním veletrhu strojírenských technologií For Industry v pražských Letňanech. „Je to něco jako oko robota. Je sice trochu pomalejší, nasnímání celého rozsahu scanneru (tedy přibližně 75 % místnosti) trvá zhruba tři minuty. Ten kompletní scan obsahuje ale tisíce jednotlivých měření. Polohu předmětů v prostoru zobrazí s přesností na setiny milimetrů. Nespornou výhodou je také velmi nízká pořizovací cena,“ konstatuje Stanislav.

Při své práci využil metodu „Time of flight“ (TOF), při které je světlené čidlo (s funkcí kamery) integrováno do snímače. „Proces je založen na měření doby, za kterou světlo dorazí k objektu a po odrazu doletí zpět. Je k tomu potřeba precizní elektronika, protože doba měření se pohybuje kolem 20 nanosekund a to s přesností na ±20 pikosekund ( 0,000 000 000 02 sekundy),“ upřesnil Stanislav.

Skener o rozměrech cca 150 x 150 x 200 mm zhotovil Lukáš Stanislav ještě jako student magisterského studia z běžně dostupných komponentů. Laserový sensor a výrobu většiny součástí zařízení financovala katedra a tím podpořila tvůrčí činnost diplomanta. „Použil jsem laserový dálkoměr, který ovšem určuje jen jeden rozměr. Vedu ho přes zrcátko tak, že se prostor snímá natáčením dvou os, a získají se tak další dva rozměry. Mohl by se sice natáčet celý dálkoměr, ale můj postup jsem vyhodnotil jako praktičtější a jednodušší,“ řekl Stanislav.

Studentskou výzkumnou činnost Technická univerzita v Liberci vždy podporovala. Podle vedoucího katedry aplikované kybernetiky Michala Moučky výsledky kvalitní výzkumné studentské činnosti otevírají další vědeckovýzkumná témata i pro studenty. „Na jejich řešení se budou v následujícím období podílet studenti magisterského i doktorského studia v oborech garantovaných naší katedrou. Mohou třeba řešit minimalizaci a zrychlení zkonstruovaného zařízení. Zařízení bude možné využít například pro invalidní vozíky nebo autonomní roboty,“ řekl Moučka. Zdůraznil, že vytvořenou prací dokázal Lukáš už jako student aplikovat poznatky nejen z oboru automatického řízení (návrh elektronického obvodu, implementace algoritmů řízení v programovacím jazyku), ale i z oboru konstrukce strojů.

Lukáš Stanislav se rozhodl, že bude ve vědecké práci na liberecké univerzitě pokračovat a zaměří se na výzkum možných aplikací svého přístroje. Jako student doktorského studia má ale nyní jinou prioritu. Ve své disertační práci se pod vedením profesora Miroslava Olehly zaměřil na vývoj a konstrukci laboratorního zařízení na tažení jednotlivých nanovláken. „Současné stroje vyrobené na základě technologie elektrospinningu, jejímž autorem je profesor Oldřich Jirsák, dodávají změť mnoha nanovláken. Naším cílem je schopnost vytáhnout jediné nanovlákno v přesně definovatelné délce a tloušťce. To by se dalo využít v tkáňovém inženýrství a medicíně,“ přiblížil Lukáš Stanislav směr svého výzkumu, při kterém spolupracuje s katedrou netkaných textilií fakulty textilní.

 

Zdroj: T-UNI