PW liderem konsorcjum projektu HERCULES

Politechnika Warszawska uzyskała 1,5 mln euro na realizację projektu HERCULES w ramach programu Horyzont Europa. Jego głównym celem jest wzmocnienie potencjału naukowego i pozycji międzynarodowej Politechniki Warszawskiej poprzez utworzenie na PW ośrodka kompetencji w zakresie automatyzacji ukierunkowanej na człowieka – Human-Centric Collaborative Automation Excellence Hub. Kierownikiem projektu jest dr inż. Krzysztof Ejsmont z Wydziału Mechanicznego Technologicznego PW.  

HERCULES (Human-cEntRic Collaborative aUtomation exceLlence hub for European widening countrieS) jest trzyletnim projektem realizowanym w ramach programu Horyzont Europa, w instrumencie Twinning. Obszarem badawczym, wokół którego budowany jest potencjał, jest współpraca człowieka z robotem (Human-Robot Collaboration, HRC) w nowoczesnych systemach produkcyjnych. Chodzi przy tym nie tylko o rozwijanie technologii, ale przede wszystkim o takie projektowanie automatyzacji, w którym człowiek pozostaje centralnym elementem systemu. Robot powinien nie tylko bezpiecznie wykonywać swoje zadania, lecz także w coraz większym stopniu rozpoznawać zachowanie i intencje człowieka, dostosowywać sposób współpracy do operatora oraz uwzględniać takie aspekty, jak obciążenie poznawcze, ergonomia, zaufanie czy poczucie bezpieczeństwa. HERCULES ma jednak znacznie szerszy wymiar niż sama robotyka. 

– Chcemy wykorzystać ten obszar badawczy jako punkt wyjścia do trwałego zwiększenia zdolności Politechniki Warszawskiej do prowadzenia badań na poziomie międzynarodowym. Projekt obejmuje więc równolegle rozwój kompetencji naukowych, umiędzynarodowienie badań, mobilność naukowców, przygotowywanie wspólnych publikacji i kolejnych wniosków projektowych, współpracę z przemysłem oraz profesjonalizację zarządzania badaniami – mówi kierownik projektu, dr inż. Krzysztof Ejsmont z Wydziału Mechanicznego Technologicznego PW. 

Efekty HERCULES-a

Najbardziej widocznym rezultatem projektu będzie utworzenie na Politechnice Warszawskiej niewielkiego, ale nowoczesnego środowiska demonstracyjnego poświęconego współpracy człowieka z robotem, bez budowy ogromnej infrastruktury przemysłowej. Chodzi o elastyczne środowisko badawczo-demonstracyjne, które będzie można wykorzystywać do eksperymentów naukowych, kształcenia studentów i doktorantów, prezentowania nowych technologii oraz realizacji wspólnych działań z przedsiębiorstwami. HERCULES ma sprawić, że wokół nowoczesnej współpracy człowieka z technologią powstanie na PW trwały ekosystem łączący badania, kształcenie, współpracę międzynarodową, przemysł i profesjonalne zarządzanie działalnością naukową. 

– W praktyce transferujemy na PW doświadczenia dwóch bardzo silnych partnerów europejskich: SUPSI ze Szwajcarii oraz Politecnico di Milano z Włoch. Nie chodzi jednak o proste skopiowanie ich rozwiązań. Chcemy wspólnie wypracować model dopasowany do warunków Politechniki Warszawskiej, wdrożyć go, sprawdzić jego skuteczność, a następnie stworzyć rozwiązanie, które będzie można rozwijać na PW i potencjalnie powielać również w innych jednostkach i uczelniach – podkreśla dr inż. Krzysztof Ejsmont. 

Demonstrator ma być zalążkiem szerszego Human-Centric Collaborative Automation Hub, czyli miejsca, w którym spotykają się badania, dydaktyka i praktyka przemysłowa. Będzie można w nim m.in.: badać zachowanie człowieka podczas współpracy z systemami automatycznymi, projektować rozwiązania wykorzystujące roboty współpracujące i technologie ubieralne (wearables), analizować dane dotyczące ruchu, zachowania i obciążenia operatora oraz rozwijać metody bardziej naturalnej i bezpiecznej współpracy człowieka z maszyną. Drugą grupę rezultatów stanowią konkretne wyniki naukowe. Zakładane jest co najmniej 12 wspólnych recenzowanych publikacji, udział badaczy PW w najważniejszych wydarzeniach naukowych, wspólne eksperymenty i zbiory danych, rozwój metod badawczych oraz co najmniej sześć wspólnie przygotowanych wniosków do programu Horyzont Europa lub innych międzynarodowych programów badawczych. 

Ważne jest to, że HERCULES nie ma kończyć współpracy, ale stworzyć podstawę dla kolejnych projektów. Rezultatem będzie także rozwój kapitału ludzkiego. Projekt przewiduje wymianę naukowców między Warszawą, Mediolanem i Lugano, wspólne badania, wizyty ekspertów, mentoring, współpromotorstwo prac doktorskich i opiekę nad pracami magisterskimi. Zaplanowaliśmy również międzynarodową szkołę letnią na PW oraz włączenie rezultatów projektu do zajęć akademickich. Nieco mniej widocznym z zewnątrz, ale bardzo ważnym efektem będzie również opracowanie i wdrożenie modelu profesjonalnego zarządzania badaniami. Celem jest usprawnienie procesów związanych m.in. z: przygotowywaniem projektów międzynarodowych, ich realizacją, zarządzaniem danymi badawczymi, Open Science, współpracą z przedsiębiorstwami czy wykorzystaniem wyników badań.

Obraz (old)

Ostatecznie powstanie również Collaborative Growth Framework, czyli możliwa do wykorzystania w innych jednostkach swoista „mapa drogowa” pokazująca, jak poprzez współpracę z silnymi partnerami zagranicznymi systematycznie budować międzynarodową pozycję jednostki naukowej.

– Bardzo zależy mi na tym, żeby po trzech latach nie pozostał po projekcie tylko zestaw raportów. Sukcesem będzie dla mnie sytuacja, w której infrastruktura nadal będzie wykorzystywana, zespoły nadal będą wspólnie publikowały i przygotowywały projekty, studenci będą korzystali z utworzonego środowiska, a wypracowane rozwiązania organizacyjne staną się częścią codziennego funkcjonowania uczelni – stwierdza dr inż. Krzysztof Ejsmont.

Projekt odpowiedzią na kilka wzajemnie powiązanych wyzwań

Współczesna automatyzacja bardzo szybko się rozwija, ale samo zwiększanie autonomii maszyn nie wystarcza. Jeżeli człowiek i robot mają rzeczywiście współpracować, system powinien uwzględniać możliwości, ograniczenia i zachowanie człowieka. Dlatego uczestników projektu interesuje m.in.: rozpoznawanie intencji operatora, komunikacja człowiek–robot, ergonomia, bezpieczeństwo, zaufanie do systemów automatycznych czy obciążenie poznawcze. To przejście od podejścia „jak zautomatyzować pracę człowieka” do pytania „jak zaprojektować technologię, żeby człowiek i maszyna mogli efektywnie współpracować”. Kolejne wyzwanie dotyczy transferu wiedzy do przedsiębiorstw. Bardzo wiele nowych technologii powstaje w laboratoriach, ale droga od publikacji naukowej do rzeczywistego zastosowania przemysłowego bywa długa. Dlatego celem jest stworzenie środowiska, w którym przedsiębiorstwa będą mogły poznawać rozwiązania, uczestniczyć w pilotażach, proponować problemy badawcze oraz współpracować ze studentami i naukowcami. Wyzwaniem jest również umiędzynarodowienie działalności badawczej. 

– Chcemy zwiększyć obecność badaczy PW w europejskich sieciach naukowych, liczbę publikacji powstających we współpracy międzynarodowej oraz skuteczność w tworzeniu konsorcjów i pozyskiwaniu środków z europejskich programów badawczych. Wiąże się z tym kolejne wyzwanie – organizacyjne. Doskonałe badania wymagają nie tylko dobrych naukowców, ale również dobrego otoczenia organizacyjnego. Dlatego HERCULES obejmuje analizę i rozwój procesów wspierających przygotowywanie i realizację projektów, zarządzanie danymi, Open Science, współpracę z otoczeniem czy rozwój partnerstw międzynarodowych. To właśnie połączenie tych czterech perspektyw jest dla mnie szczególnie interesujące: technologia, człowiek, organizacja i współpraca międzynarodowa muszą rozwijać się równolegle – tłumaczy lider projektu HERCULES.

Beneficjenci efektów projektu

Dzięki projektowi HERCULES naukowcy otrzymają dostęp do nowego środowiska eksperymentalnego, metod badawczych oraz sieci współpracy z SUPSI, Politecnico di Milano i kolejnymi partnerami europejskimi. Powinno to ułatwić prowadzenie badań na wyższym poziomie oraz tworzenie silniejszych konsorcjów projektowych. Studenci i doktoranci będą mogli korzystać z demonstratora podczas zajęć, realizować prace dyplomowe i doktorskie, uczestniczyć w eksperymentach, szkołach letnich i mobilnościach zagranicznych. Szczególnie istotne dla dr Krzysztofa Ejsmonta jest to, aby kontakt z nowoczesną robotyką, automatyką i technologiami Przemysłu 5.0 nie ograniczał się do prezentacji czy symulacji, ale obejmował rzeczywistą pracę eksperymentalną. Projekt HERCULES przyniesie też korzyści podmiotom niezwiązanym ze światem akademickim. Przedsiębiorstwa produkcyjne będą mogły wykorzystywać Hub jako przestrzeń kontaktu z nauką. 

– Chcemy angażować firmy w warsztaty, projekty pilotażowe, wizyty techniczne, prace dyplomowe realizowane wspólnie z przemysłem i kolejne projekty badawczo-rozwojowe. Projekt zakłada zaangażowanie co najmniej 15 interesariuszy przemysłowych oraz zawarcie nowych formalnych porozumień o współpracy – zauważa dr Ejsmont. – Pracownicy wspierający badania skorzystają natomiast z transferu dobrych praktyk dotyczących przygotowywania i zarządzania projektami europejskimi, Open Science, zarządzania danymi, współpracy z interesariuszami i innych elementów profesjonalnego zarządzania badaniami. W dłuższej perspektywie beneficjentem powinien być także regionalny ekosystem innowacji. Chcemy, aby PW pełniła silniejszą rolę łącznika pomiędzy polskimi przedsiębiorstwami i instytucjami a europejskimi sieciami badawczo-innowacyjnymi.

Naukowcy z PW zaangażowani w międzynarodowy projekt

Zespół Politechniki Warszawskiej ma charakter interdyscyplinarny i łączy kompetencje związane z zarządzaniem i inżynierią produkcji, automatyką i robotyką, ergonomią, zrównoważonym rozwojem oraz zarządzaniem badaniami.

Kierownikiem projektu jest dr inż. Krzysztof Ejsmont, adiunkt badawczo-dydaktyczny na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Warszawskiej oraz p.o. kierownika Zakładu Procesów Produkcyjnych i Logistyki. W projekcie HERCULES odpowiada za koordynację naukową i organizacyjną projektu, rozwój Human-Centric Co-Hub, prowadzenie wspólnych badań, współpracę z partnerami zagranicznymi i przemysłowymi, rozwój sieci międzynarodowej oraz przygotowywanie wniosków kolejnych projektów badawczych. Jego działalność naukowa koncentruje się na zarządzaniu operacyjnym, transformacji cyfrowej oraz zastosowaniu technologii Przemysłu 4.0 i 5.0 w nowoczesnych systemach produkcyjnych. Prowadzi badania dotyczące współpracy człowieka z robotem (Human-Robot Collaboration), sztucznej inteligencji, cyfrowych bliźniaków, systemów cyber-fizycznych oraz metod wspomagania decyzji w środowisku produkcyjnym. Szczególną uwagę poświęca projektowaniu zorientowanych na człowieka rozwiązań technologicznych, integrujących aspekty techniczne, organizacyjne i społeczne zgodnie z założeniami Przemysłu 5.0. Posiada wieloletnie doświadczenie w realizacji międzynarodowych projektów badawczo-rozwojowych finansowanych przez UE, w tym programy Horizon 2020, Horyzont Europa oraz Erasmus+, pełniąc funkcje lidera zadań i pakietów roboczych. 

Obraz (old)

W projekt zaangażowani są pracownicy naukowi z Wydziału Mechanicznego Technologicznego PW. Dr inż. Bartłomiej Gładysz  uczestniczy w pracach związanych z Przemysłem 5.0, Operator 5.0, human-centric manufacturing, rozwojem koncepcji naukowej Hubo oraz transferem rezultatów badań do działalności naukowej i dydaktycznej. Dr inż. Jacek Kozłowski wnosi do projektu kompetencje techniczne związane z automatyką, robotyką i systemami produkcyjnymi, w szczególności istotne podczas projektowania i uruchamiania środowiska demonstracyjnego oraz prowadzenia eksperymentów. Dr inż. Aneta Kossobudzka-Górska uczestniczy w działaniach związanych z czynnikiem ludzkim, ergonomią oraz oceną interakcji człowieka z technologią, które stanowią jeden z kluczowych elementów human-centric automation. Dr hab. inż. Aldona Kluczek, prof. uczelni wspiera prace zespołu swoim doświadczeniem dotyczącym zrównoważonego rozwoju, zarządzania technologią i systemami produkcyjnymi oraz wzmacnia naukowy i strategiczny wymiar realizowanych badań. Dr inż. Aleksander Buczacki uczestniczy z kolei w działaniach związanych z zarządzaniem innowacjami, współpracą z otoczeniem oraz rozwojem ekosystemu współpracy nauka–przemysł, a dr Izabela Maleńczyk wzmacnia działania związane z zarządzaniem badaniami, komunikacją i upowszechnianiem rezultatów projektu oraz rozwojem kompetencji i rozwiązań organizacyjnych wspierających funkcjonowanie tworzonego Hubu. Projekt zakłada również angażowanie kolejnych pracowników, młodych naukowców, doktorantów i studentów PW w badania, mobilności, szkolenia i prace realizowane z partnerami.

Konsorcjum projektu HERCULES tworzą trzy uczelnie: Politechnika Warszawska, która jest koordynatorem projektu, SUPSI – University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland ze Szwajcarii oraz POLIMI – Politecnico di Milano z Włoch. Dobór partnerów nie jest przypadkowy – obie uczelnie współpracujące z PW posiadają doświadczenie w zakresie Human-Robot Collaboration, Industry 4.0/5.0, współpracy z przemysłem oraz realizacji dużych projektów europejskich. SUPSI dysponuje m.in. rozwiniętym środowiskiem typu Mini-Factory i dużym doświadczeniem w prowadzeniu badań nad adaptacyjną współpracą człowieka z robotem. Politecnico di Milano wnosi m.in. kompetencje dotyczące projektowania human-centric manufacturing, czynników ludzkich, zarządzania badaniami oraz rozbudowaną sieć współpracy europejskiej.

– Bardzo ważne jest również to, że nie zaczynamy współpracy jako trzy nieznające się instytucje. PW od wielu lat współpracuje zarówno z SUPSI, jak i Politecnico di Milano. Realizowaliśmy wspólnie projekty europejskie i edukacyjne, publikacje, mobilności pracowników i studentów, wizyty studyjne oraz wspólne inicjatywy dydaktyczne. HERCULES jest więc kolejnym, ale znacznie bardziej strategicznym etapem tej współpracy – podkreśla dr Ejsmont.

Dotychczasowa współpraca koncentrowała się jednak przede wszystkim na realizacji konkretnych badań, projektów czy działań edukacyjnych. HERCULES idzie krok dalej. Chcemy wykorzystać zbudowane przez lata zaufanie i doświadczenie do stworzenia trwałej struktury współpracy i transferu doskonałości, która pozostanie na PW. Projekt został zaplanowany na 36 miesięcy, a – co istotne – wiele jego rezultatów zostało celowo zaprojektowanych tak, aby funkcjonowały również po zakończeniu finansowania. Dotyczy to przede wszystkim Co-Hubu, sieci partnerów, modelu zarządzania badaniami oraz wspólnej agendy badawczej.

Jakie szanse i możliwości otwiera projekt HERCULES?

Projekt nie został zaprojektowany po to, aby przez trzy lata prowadzić określony zestaw badań, a następnie zamknąć działania wraz z końcem finansowania. Po pierwsze, powstanie trwałe środowisko badawcze związane z Human-Robot Collaboration i Industry 5.0, które będzie można dalej rozwijać i wykorzystywać w kolejnych projektach, badaniach i dydaktyce. Po drugie, projekt daje PW dostęp do wiedzy, doświadczenia i sieci kontaktów dwóch bardzo silnych europejskich partnerów. SUPSI i Politecnico di Milano mają duże doświadczenie w europejskich projektach, współpracy z przemysłem oraz tworzeniu środowisk badawczo-demonstracyjnych. Transfer tych doświadczeń może zwiększyć skuteczność PW w kolejnych konkursach europejskich. Co więcej, zespół projektowy chce zwiększyć umiędzynarodowienie badań i zakłada wzrost liczby publikacji z partnerami zagranicznymi, nowych projektów europejskich, mobilności, wspólnie prowadzonych badań i prac doktorskich oraz obecności naszych naukowców w międzynarodowych sieciach. 

HERCULES ma też pozostawić na PW kompetencje organizacyjne. Dotyczy to profesjonalnego zarządzania projektami badawczymi, przygotowywania wniosków, Open Science, zarządzania danymi, budowania partnerstw czy współpracy z przemysłem. Wreszcie projekt ten może wzmacniać integrację wewnątrz samej uczelni. Jednym z jego założeń jest transfer dobrych praktyk pomiędzy zespołami i jednostkami PW. 

– Chcemy sprawdzić w praktyce model, w którym zespoły posiadające już duże doświadczenie międzynarodowe pomagają kolejnym grupom naukowym mocniej wejść do europejskich sieci badawczych. Dlatego największą wartością HERCULES może być nie pojedyncza technologia, lecz zdolność do generowania kolejnych projektów, publikacji, partnerstw i inicjatyw długo po zakończeniu samego projektu – wyjaśnia dr inż. Krzysztof Ejsmont, kierownik projektu. 

Projekt ma bardzo wyraźną logikę rozwoju. Przyjęto czterofazowy model nazwany Excellence Hub Transfer Cycle.

• Pierwszy etap – diagnoza i projektowanie. Najpierw dokładnie analizujemy punkt wyjścia: istniejące kompetencje, infrastrukturę, procesy zarządzania badaniami, sieci współpracy oraz potrzeby PW. Na tej podstawie wspólnie z partnerami projektujemy docelowy model Hubu i ścieżkę jego rozwoju.

• Drugi etap – transfer i eksperymentowanie. Następnie rozpoczyna się intensywny transfer wiedzy poprzez szkolenia, mobilności, wizyty ekspertów, job shadowing i wspólne eksperymenty. Nie chcemy mechanicznie kopiować rozwiązań partnerów, ale testować je i dostosowywać do realiów PW.

• Trzeci etap – wdrożenie i instytucjonalizacja. Rozwiązania, które się sprawdzą, będą włączane w działalność PW. Dotyczy to zarówno środowiska badawczego, jak i nowych metod prowadzenia badań, zarządzania projektami czy współpracy z partnerami.

• Czwarty etap – upowszechnienie i trwałość. W ostatniej fazie chcemy zapewnić trwałość rezultatów, rozwijać nowe projekty, rozszerzać sieć partnerów i przygotować model możliwy do zastosowania także w innych jednostkach.

Operacyjnie projekt został podzielony na osiem pakietów roboczych, obejmujących badania nad HRC, rozwój zarządzania badaniami, budowę ekosystemu współpracy, komunikację i wykorzystanie wyników oraz zarządzanie całym projektem.

– Paradoksalnie najtrudniejsze nie jest samo zakupienie urządzenia czy przeprowadzenie pojedynczego eksperymentu. Najwięcej pracy wymaga połączenie bardzo różnych elementów w jeden trwały system – zaznacza dr inż. Krzysztof Ejsmont. –  Z naukowego punktu widzenia szczególnie wymagające będzie przygotowanie eksperymentów z udziałem ludzi. Badania nad Human-Robot Collaboration muszą spełniać wysokie standardy metodologiczne, etyczne i dotyczące ochrony danych. Będziemy analizować m.in. dane ruchowe, behawioralne, a potencjalnie również fizjologiczne, dlatego bardzo istotne są kwestie świadomej zgody uczestników, anonimizacji danych, bezpieczeństwa i zgodności z zasadami GDPR oraz FAIR.

Drugim dużym wyzwaniem jest zbudowanie demonstratora w taki sposób, żeby nie był jednorazową instalacją przygotowaną tylko na potrzeby projektu. Musi być elastyczny i użyteczny jednocześnie dla badań, studentów i przedsiębiorstw oraz umożliwiać dalszą rozbudowę. Wyzwaniem jest również trwałość zmiany organizacyjnej. Stosunkowo łatwo przeprowadzić szkolenie czy wizytę studyjną. Znacznie trudniej sprawić, żeby poznane rozwiązania zostały rzeczywiście przyjęte, dostosowane do warunków uczelni i stosowane kilka lat później. Dlatego w HERCULES bardzo dużo uwagi poświęcamy instytucjonalizacji rezultatów. Projekt łączy naukowców, specjalistów technicznych, administrację, studentów, doktorantów, przedsiębiorstwa i trzy uczelnie działające w różnych systemach organizacyjnych – wyzwaniem jest więc też koordynacja, aby wszystkie te działania prowadziły do wspólnego celu.