Ptáme se

Jiří Zemánek: Nové digitální materiály se můžou skládat podobně jako LEGO

„Problém je v tom, že věci jsou špatně rozebíratelné – od nábytku až po elektroniku,“ říká Jiří Zemánek, který nedávno obhájil svou doktorskou práci a v září odjíždí studovat digitální materiály na prestižní Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Jiří Zemánek: Nové digitální materiály se můžou skládat podobně jako LEGO
Jiří Zemánek: Nové digitální materiály se můžou skládat podobně jako LEGO

Připravila: Kateřina • Přidalová Foto: Tomáš Rubín

Jiří Zemánek působí na Katedře řídicí techniky na pražské Fakultě elektrotechnické ČVUT v Praze. Přes interaktivní blikací stromeček na mazací tramvaji se dostal k festivalu Maker Faire Prague, kde působí jako programový ředitel. Během rozhovoru jsme rozebírali podobnosti mezi legem a digitálními materiály. Povídali jsme si také o vzdělávání, tvořivosti, propojení hlavy a rukou a nakonec také o tom, jak důležitá je hravost.

Dostal jste Fulbrightovo stipendium a v září odjíždíte na MIT dělat výzkum v oblasti digitálních materiálů. Co si pod tím mám představit?
To, čím se tam chci zabývat, je kombinace dvou témat. První jsou právě digitální materiály, kterým se na MIT hodně věnují. Druhá je distribuovaná manipulace, kterou jsem se zabýval doposud. Jde o alternativní přístup v pohybování s věcmi, kde se řeší počítačové nastavení systému takzvaných aktuátorů, což mohou být třeba cívky nebo elektrody.

Čím je tento postup specifický?
Při běžné manipulaci jsou tyto aktuátory soustředěné třeba na robotické ruce. U distribuované manipulace jsou naopak tyto prvky rozprostřené v prostoru, je jich tam velké množství a jsou modulární. To má různé výhody. Když se jeden například rozbije, ostatní ho zastoupí. Systém lze také snadno přestavět a podle potřeby rozšiřovat. Hlavní výhodu distribuované manipulace ale vidím v tom, že můžu pohybovat s hodně věcmi najednou. Zatímco robotická ruka přemístí jen jeden objekt.

Jiří Kuthan z plzeňské Fakulty elektrotechnické na posledním Maker Faire festivalu mluvil o tom, že trendem v robotice je mikromanipulace. Zmenšování robotů naprogramovaných tak, aby spolupracovali. Velké roboty jako třeba zmíněná robotická ramena přirovnával ke slonům, kteří se těžko sladí s ostatními, zatímco ti malí jsou jako termiti. Podle něj je výzvou programovat hejna namísto jednotlivců. Souvisí to s distribuovanou manipulací?
Ano, ale lepší příměr než termiti je v našem případě situace, když zpěvák skočí do davu a lidi ho nesou nad hlavou. Hodně lidí nese jednotlivce. Hlavní výhoda distribuované manipulace je ta, že tam těch lidí může být hodně. Jeden unese jednoho, a když jich mám tisíc, tak můžou transportovat třeba sto lidí. Tou další výhodou je, že se tyto nosiče dají miniaturizovat.

K tomu příměru se slonem, nejenže je těžký, ale nedá se ani použít pro manipulaci s malými věcmi. Věci se totiž v malém měřítku chovají jinak, než jsme zvyklí. Většina lidí si to neuvědomuje. Myslí si, že stačí věci zmenšit a budou fungovat podobně, jako to ukazují filmy typu Vnitřní vesmír nebo Fantastická cesta, kde někoho zmenšili a dopravili do těla, aby provedl operaci.

Nebo třeba když se zmenšili Mach s Šebestovou, aby zlikvidovali Horáčkovy bacily, když měl angínu.
Vtipné je, že by to takhle vůbec nefungovalo, protože kdyby se člověk zmenšil, měl by problém chodit. Lepily by mu třeba nohy. Takže distribuovaná manipulace spočívá v pohybování hodně věcmi najednou pomocí aktuátorů, které spolupracují.

Přibližte mi jak a při čem by se to dalo využít?
Třeba když biologové zkoumají buňky a potřebují s nimi manipulovat, musí do nich něčím šťouchat. Pokud by využili náš počítačový systém, šlo by naprogramovat, jak určitou buňku dopravit na nějaké místo. Není tam ale žádná fyzická věc jako třeba termit, který by ji někam viditelně vezl. Takže Kuthanův příměr s termity není v našem případě přesný, protože my je nepotřebujeme. Je to pohyb buněk sám o sobě díky naprogramování tvaru magnetického nebo elektrického pole.

Co jsou tedy digitální materiály a jak souvisejí s distribuovanou manipulací?
Základní myšlenkou digitálních materiálů je, že by se všechny věci skládaly z malých stavebních prvků podobně jako LEGO. Třeba tenhle stůl. Místo toho, aby byl z jednoho kusu dřeva, by byl vytvořen z malých dřevěných kostiček. Byla by to taková sofistikovaná stavebnice. Kdyby se podařilo vytvořit co nejmenší sadu součástek, ze kterých lze hodně věcí postavit, mohlo by se to jednoduše rozšiřovat, upravovat anebo snadno recyklovat a rozložit a zase znovu postavit. Nyní je problém v tom, že se materiály dají špatně znovu používat a věci jsou špatně rozebíratelné – od nábytku až po elektroniku.

Mluvíte o hmatatelných materiálech. Jak to ale souvisí s tím digitálním?
Použiju příměr s počítači. Dřív byly analogové. Byly to mechanické stroje, soustavy různých koleček. Když počítač počítal třeba rychlost letadla, veličiny byly reprezentovány analogií, třeba natočením osy. Když se v analogu rozbila jedna součástka, přestal třeba fungovat celý stroj. Velký zlom přišel, když se počítače staly digitálními. Zmíněná rychlost letadla se začala počítat pomocí digitálních signálů a zakódovalo se to do jedniček a nul. Digitální systém má výhodu, že se tam neakumuluje chyba a neztrácí informace jako v analogu. Nějak podobně fungují digitální materiály.

Takže digitální princip jedniček a nul je převeden do fyzického světa materiálů. Jednotlivé dílky se chovají jako jedničky a nuly a mohu se libovolně kombinovat.
Ano, přesně tak. Materiál je omezený velikostí dílků, které jdou podle potřeby rozebrat a složit. Ukazuje se, že není výhodné mít masu materiálu. Spojením malých dílků dohromady docílíme lepších mechanických kvalit. Díky tomu, že jsou plné vzduchu, mají mnohem větší pevnost. Tvary dílků mohou být různé. Oproti legu má digitální materiál výhodu v tom, že můžu kombinovat různé dílky. Jeden bude třeba vodivý, jiný nevodivý, a to mi dovolí sestavit elektrické obvody. Můžu tam použít i svítící dílek, když budu pro změnu potřebovat pohyb, tak vezmu kostičku, která se bude umět hýbat.

O jak velkých dílcích se bavíme?
Záleží na užití. V současné době jde o dílky od milimetrů až po decimetry. Myšlenka digitálních materiálů není omezena na žádnou konkrétní velikost. Jde o princip rozložitelnosti a složitelnosti.

Představuji si svět poskládaný jako Legoland.
Je to radikální, ale proč to neprozkoumat. Velké myšlenky se musí vyzkoušet. Třeba to nebude pro celý svět a někde se to uplatní, jinde ne.

Jak jste se k tématu dostal?
U nás na škole se studenti mohou dostat k různým výzkumným projektům a mně se to v rámci studia podařilo několikrát. Byl jsem zapojen do jednoho evropského výzkumného projektu, který zkoumal způsoby skládání věcí inspirované přírodou, tak zvané samoskládání. Kdyby se díly vybavily chytrým lepidlem, které by poznalo, kam má zapadnout, tak by se dílky sesypané do jedné nádoby po zatřepání pohybovaly tak dlouho, až by našly svého partnera a přilepily se k němu. Řešili jsme tehdy, jak s věcmi pohybovat, a tím začal náš výzkum mikromanipulace. Já jsem se pak zabýval v disertaci tím, jak takové systémy řídit.

Co pro vás znamená výzkum na MIT?
Na MIT jsem se toužil dostat. Měl jsem tam nejdříve vybrané místo, kterému se říká Media Lab, který o sobě tvrdí, že je tak zvaně „antidisciplinární“. Hledají tam nové obory a jejich propojování. Přišli například s myšlenkou programovatelného lega. Hodně mě to zaujalo, protože si velmi rád hraju, a tak jsem přemýšlel, co bych tam mohl dělat. Nakonec jsem se v rámci Media Labu začal zajímat o skupinu Centre for Bits and Atoms (CBA). Jde o místo, kde vznikly takzvané FabLaby, což jsou takové sdílené otevřené dílny. Nyní je to docela populární a pár jich je i v Čechách.

To souvisí s dílnami, kterým se říká makerspace a hackerspace?
Ano, ale je to terminologicky složité. Makerspace je otevřená sdílená dílna, kam mohou lidi chodit, vyrábět, učit se od ostatních. Hackerspace je zase víc o geecích a nových technologiích a je více orientovaný do své vlastní komunity. A pak jsou FabLaby, což jsou v jádru makerspacy s určitými pravidly. Najdete tam vybavení jako třeba 3D tiskárny, laserové řezačky a podobně, které si jednotlivec nemůže dovolit. Fungují jako síť, mají daná pravidla fungování a jsou otevřeny jednou týdně pro veřejnost. Přijdu do jednoho, něco tam začnu, pak si vezmu data a vyrobím si to jinde. Není to komerční prostor.

Takže myšlenka FabLabů se zrodila na akademické půdě na MIT.
Ano a pěkně to zapadá do makerského hnutí, což je komunita novodobých kutilů, kteří se sdružují kolem zmíněných dílen. Na MIT mají vybavenou výzkumnou laboratoř, kde si můžete věci vyrábět a testovat. Proto jsem na MIT nechtěl jet jenom na stáž a dívat se, jak to tam funguje. Rozhodl jsem se pro reálný výzkum digitálních materiálů. A můj výzkumný vklad spočívá v propojení digitálních materiálů s distribuovanou manipulací.

Budete tedy zkoumat, jak roboticky skládat množství malých dílků do funkčních celků. V zásadě, jak vyrábět věci jiným způsobem. Na jak dlouho tam budete a jaký očekáváte výstup?
Jedu tam na deset měsíců a jaký bude výstup, zatím nevím. Fulbrightovo stipendium je výběrové a je hodně těžké se tam dostat. Nicméně pak vám dají důvěru, že se stipendiem dobře naložíte. Nemusím mít na konci výzkumu patent. Pokud zjistím, že můj výzkum je slibný, budu se pak tomu věnovat i po návratu. Moc se těším, že budu moci chodit do kurzu How to Make (Almost) Anything, který učí studenty, jak své nápady fyzicky realizovat. Podobné kurzy u nás moc nejsou a na školách chybí praktická výuka. Třeba návrat dílen do základních škol zní na jednu stranu zajímavě, ale bojím se, jak to dopadne.

V Americe je tedy běžné, že akademici dělají i rukama.
Ano, na MIT a jiných prestižních školách, jako je Stanford, Yale a další. Je to neuvěřitelné. Školy se tím dokonce chlubí. Je to výstavní skříň školy. Jdete okolo velkých prosklených prostorů a vidíte, jak tam studenti něco dělají u stolu. Kde to tady máte? U nás si spíše školy vystavují svoje stroje a věci. Měly by ale spíše vystavovat lidi. To je kapitál škol. Makerspacy, hackerspacy a FabLaby v Česku jsou, ale zatím ne při školách. Školy se pomalu, ale jistě probouzejí, a věřím, že se to rozjede i zde. Chce to ale trochu změnit myšlení.

Vaše kolegyně z Prague Maker Faire Denisa Kera si myslí, že představa, že se jde na školu studovat buď hlavou, nebo rukama je dávno překonaná. Že hlava a ruce nejsou v opozici, ale spojená nádoba. To je i téma Maker Faire festivalu a svědčí o tom i vaše legrácky, mezi které patří robot, co maluje vajíčka nebo tiskárna, co hraje koledy, které jste si vyrobil.
Maker Faire je skvělá myšlenka. Viděl jsem to v zahraničí a dostal jsem se k tomu v zásadě náhodou. Baví mě, kam se člověk dostane přes různé kraviny. Dělal jsem například blikací stromeček na mazací tramvaj, který si lidé na dálku mohli pomocí mobilů ovládat. Díky tomu mě oslovila jedna agentura, řekl jsem jim o Maker Faire, že by bylo fajn to mít i v ČR a oni se pak rozhodli to zorganizovat. Já sám bych toho nebyl schopen.

Na škole jste také dělali výzkum o autonomních vozidlech. Přibližte mi, o co konkrétněji šlo.
Zabývali jsme se tím, jak by se dala autonomní vozidla řídit v koloně. Co bude takové auto dělat, když se ocitne na dálnici mezi dalšími podobnými. Ukazuje se, že je dobré, aby jezdila ve formě kolon. Jedno za druhým jako takový vláček s pravidelnými rozestupy. Otázkou jsou různé nečekané situace, kdy jedno bude muset přibrzdit a co to udělá s ostatními. Dojde k řetězové nestabilitě.

Jak by to fungovalo? To by všude musela být autonomní vozidla. Protože právě klasické auto by tu kolonu mohlo narušit.
Autonomní by jezdila spolu nebo v pruzích. Ideální by byly třeba vláčky kamionů. Stačilo by, aby řídil první, a další už jedou podle něj.

Když jsem jednou jela po D1, slyšela jsem o autonomních vozidlech pořad v rádiu. Je to sice technologicky vymyšlené, ale údajně tomu brání legislativa. Pak jsou tu i etické otázky, těmi jste se také zabývali?
Ano, jsme si toho vědomi, ale náš vedoucí katedry pošťuchuje lidi z humanitních studií s tím, že by tyto věci měli řešit. Není na nás odpovídat na otázky, koho má auto zabít, když si může vybrat. Má chránit posádku nebo chodce? Někdo to kritizuje jako umělý problém. U nás to tedy vyloženě nikdo neřeší, ale slepí k tomu nejsme. Fakt je ten, že s postupující automatizací se to musí řešit a je to téma.

Obecně se také říká, že automatizace povede k ztrátě pracovních míst. Každá studie ale říká trochu něco jiného. Nicméně se můžeme shodnout na tom, že to bude změna, na kterou bychom se měli připravit. V našem studijním programu Kybernetika a robotika se klade důraz na to, aby se studenti neučili konkrétní technologie, ale aby se spíše učili učit. Aby se nepřipravovali na první nebo druhé zaměstnání, ale až na to poslední, jak říká náš vedoucí katedry prof. Šebek. To platí obecně nejen pro techniky. Takhle by mělo vzdělání fungovat. Jako posilovna pro mozek. S Excelem nebo Wordem se člověk naučí mimoděk.

Motivaci k jakémusi celoživotnímu učení můžeme pozorovat i na Maker Fairu.
Maker Fairy a makerspacy se mi líbí, protože jsou oslavou lidské tvořivosti, v tu jedinou můžeme mít důvěru. Proměnit nápad v realitu je naplňující. Lidé se tím přirozeně učí. Kdyby lidé proměňovali nápady v realitu, budeme se mít všichni líp. Maker Faire je taky o spojování lidí. Už není trend DIY (Do It Yourslef), ale máme DIT (Do It Together), k čemuž přispívají i různé komunity na webu. Nejste v tom sami, ani když vyrábíte různé blbůstky. V tomhle je globalizace výhodná, umožňuje lidem získat okruh podobně smýšlejících lidí.