Lektor Qi Zhang leder forskningsprojektet ved Aarhus Universitet. Foto: Lars Kruse

Lysets hastighed er ikke hurtigt nok til fremtidens 'Internet of Skills'

Med en bevilling fra Danmarks Frie Forskningsfond vil et team af forskere og eksperter fra industrien og Aarhus Universitet forsøge at løse det fundamentale problem, at lysets hastighed simpelthen ikke er hurtig nok til fremtidens internet.

Forestil dig eksempelvis en højt specialiseret kirurg, som udfører en teleoperation på en patient flere tusind kilometer væk, hvor en robot fører skalpellen, men hvor selve operationen føles lige så ægte for kirurgen, som hvis hun faktisk udførte den med skalpellen i egen hånd.

Den vision er dog fysisk ikke mulig i dag. For hvis vi skal genskabe følesansen ved at anvende kræfter, vibrationer eller bevægelser på brugeren og således narre vores hud og krop til at tro, at det, vi rører ved i den virtuelle verden, er virkeligt, kræver det netværk med sub-millisekunders forsinkelse. Netværk med ultralav latenstid og ultrahøj båndbredde, hvor operationskommando og haptisk feedback finder sted med højest en tusindedel sekunds forsinkelse end-to-end.

En så ekstremt lav latenstid begrænser den maksimale kommunikationsafstand til kun 150 km selv under ideelle forhold. Længere kan lyset ikke nå at bevæge sig, når informationen skal både frem og tilbage mellem menneskelig operatør og fjernrobot inden for latenstidsgrænsen.

- Realtidstransmission af haptisk sansning over internettet vil kunne tillade forskellige fysiske operationer, uden at mennesker er fysisk til stede. Og det kan bane vejen mod det fremtidige Internet of Skills, som kan sprede og demokratisere færdigheder og ekspertise blandt mennesker uanset køn, alder og andre forskelligheder. Som tingene er i dag, er det påkrævede niveau af fordybelse imidlertid uopnåeligt over lange afstande. Derfor er der brug for nye løsninger til at løse udfordringerne, siger lektor Qi Zhang fra Aarhus Universitet, Institut for Elektro- og Computerteknologi.

Digital tvilling

Qi Zhang leder et nyt forsknings- og udviklingsprojekt, der går under navnet eTouch, som har til formål at overkomme den fysiske begrænsning ved dagens telekommunikation. Sigtet er at skabe øjeblikkelig respons uanset afstand, således at den haptiske feedback opfattes af brugeren uden mærkbar forsinkelse, selvom kommunikationen foregår med tusinder af kilometers afstand.

For at løse det problem vil teamet udnytte såkaldt model-medieret teleoperation, hvor en virtuel model (en digitale tvilling) vil beskrive fjernmiljøet nøjagtigt og lokalt generere øjeblikkelig haptisk feedback i stedet for at transmittere den over lange afstande.

Det er imidlertid ganske udfordrende at skabe en nøjagtig model og lave effektive og pålidelige modelopdateringer i realtid med det nuværende databehandlingsparadigme. Derfor vil teamet benytte sig af Edge Computing-paradigmet.

Industrielle applikationer

Derfor består teamet da også af eksperter i verdensklasse inden for Edge Computing, telerobotteknologi og Machine Learning fra både det tekniske universitet i München (TUM), det tekniske universitet i Dresden (TUD), Aarhus Universitet samt industrielle interessenter, bl.a. tech-virksomheden Rope Robotics.

Alligevel bliver det ikke teleoperationer, teamet i denne omgang vil fokusere på, men derimod industrielle applikationer med relativt simple operationer.

- Der er store udfordringer for at få vores vision til at gå op, og derfor er vi nødt til at starte med basale operationer og tage små skridt ad gangen. Men hvis vores metode virker, kan det potentielt være banebrydende for fremtidens internet og muliggøre udbredelsen af det taktile internet over interkontinentale afstande og måske endda i rummet, siger Qi Zhang.

En af fremtidens største trends

Den danske virksomhed Rope Robotics udvikler robotter, som kan erstatte den manuelle arbejdskraft, der i dag er nødvendig for at vedligeholde og reparere vindmøllevinger.
Målet er et robotsystem, der kan kravle på vindmøllevingerne og rengøre, slibe, spartle og male møllevingen uden menneskelig indblanding.

- Det er vigtigt for os at have tæt kontakt til de førende universiteter i verden for at være en integreret del af den nyeste forskning inden for vores område,” siger Martin Huus Bjerge, CEO for Rope Robotics.

Han fortsætter:

- Vi anser Internet of Skills for at være en af fremtidens største trends, og vi ser frem til samarbejdet om dette projekt. Det er meget spændende, og det kan få stor betydning for den robotteknologi, vi udvikler.

eTouch-projektet, som står for Edge Intelligence for Immersive Telerobotics in Touch-enabled Tactile Internet, er støttet af Danmarks Frie Forskningsfond med 2,9 mio. kr. Projektet starter i 2022 og løber i 3 år.

Fakta om haptisk teknologi

Haptisk teknologi har til formål at skabe en oplevelse af berøring. Teknologien, som også går under navnet kinæstetisk kommunikation eller 3D-berøring, virker ved at påføre brugeren kræfter, vibrationer eller bevægelser (kaldet haptisk feedback) og på den måde lade brugeren føle noget virtuelt.

Teknologien kan bl.a. bruges til at skabe og styre virtuelle objekter og til at forbedre fjernstyring af maskiner og enheder (telerobotik). Haptiske enheder kan benytte sig af haptiske sensorer, der måler de kræfter, som brugeren udøver på grænsefladen, og derved kan skabes en ægte fornemmelse af at være til stede i rummet og faktisk røre ved de ting, der i virkeligheden befinder sig langt væk.

Fakta om digitale tvillinger 

En digital tvilling er en komplet digital model, som approksimereret fysisk system, eksempelvis en proces eller en enhed. Den digitale tvilling er en så præcis model, at den agerer, reagerer, ældes og fejler i den virtuelle verden, lige som den fysiske tvilling gør det i den fysiske verden.

Digitale tvillinger opstod som koncept i forbindelse med Apollo 13-missionen. Her forsøgte ingeniører hos NASA for første gang at simulere betydningen af ændringer i rumkapslen fra basen på Jorden, inden ændringerne blev gennemført af de strandede astronauter i rummet. Teknologien blev samlet op af fremstillingsindustrien for første gang i 2002.

I dag er teknologien under voldsom udvikling. Digitale tvillinger kan eksempelvis give et helt nyt lag af teknisk indsigt i produkter og services for eksempelvis fremstillingsvirksomheder, og spås en stor fremtid inden for i særdeleshed robotteknologi.
Institut for Elektro- og Computerteknologi leder Danmarks eneste center for digitale tvillinger, som har til huse på Aarhus Universitet.