Živá laboratoř vytvoří unikátní laboratorní a inovační R&D platformu propojující segmenty Průmyslu 4.0, aditivní výroby, moderní veřejné dopravy, autonomní mobility a e-mobility, sdílených vozidel, energetiky a materiálového výzkumu. Budou využity výsledky v oblasti materiálových a energetických systémů pro udržitelnou dopravu s cílem zvýšit inovační potenciál firem prostřednictvím digitalizace průmyslových procesů a inovací v dopravě.
V rámci živé laboratoře vznikne jedno z největších center 3D tisku ve střední Evropě a bude vybudováno moderní centrum robotiky.
V rámci projektu bude vybudovaná unikátní infrastruktura pro testování veškerých aspektů digitalizace průmyslu, která umožní všechny fáze vývoje a testování nových typů senzorů a následného zpracování signálů od fáze hypotéz po reálné nasazení v průmyslových aplikacích. Bude možné realizovat výzkum v oblasti návrhu, realizace a ověření nových typů inteligentních senzorů (jak hardwarové tak softwarové povahy) pro multioborové využití. Dále bude možné efektivně využít navržené senzory v rámci zpracování velkého množství dat za využití konceptu fog a edge computingu ve spolupráci s centralizovaným a decentralizovaným prostředím, modelováním a navrhováním celých procesů v rámci digitálních dvojčat a to se zapojením efektivního zabezpečení všech aspektů dat v rámci otevřeného prostředí.
Vzniklé laboratoře budou koncentrovat excelentní teoretické znalosti propojené do aplikovaných výsledků a spoluprací s řadou firem a v rámci průmyslového regionu a transformace průmyslu v rámci nových postupů a principů digitální revoluce. Unikátní spojení všech složek - měření a zpracování signálů, modelování komplexních systémů, zpracování velkých dat pomocí metod umělé inteligence a plánování včetně zabezpečení dat umožní návrh komplexních metod a principů uplatnitelných v libovolném průmyslovém podniku.
Po ukončení výzkumných aktivit bude k dispozici velký tým expertů na jednotlivé problematiky, schopných pružně reagovat na výzvy z praxe. Tým bude schopen efektivně zpracovat komplexní zadání a navrhnout řešení zahrnující jednotlivé aspekty na základě modelů a zpracování historických dat. Díky vytvoření týmu bude možné řešit jak projekty z praxe, tak i v rámci dalších výzkumných projektů.
Výzkumníci se budou zabývat vývojem nových algoritmů a jejich masivně paralelní implementací pro řešení extrémně rozsáhlých úloh kvadratického programování. Součástí projektu je také využití nových algoritmů pro řešení extrémně rozsáhlých reálných úloh ve spolupráci se zahraničními institucemi a výzkumnými programy v rámci tohoto projektu.
V rámci projektu bude vytvořena jedinečná 5G/6G infrastruktura, která umožní řešení nových úloh v oblasti energy harvestingu. To bude mít znalostní dopad na firmy v regionu, jež se zabývají vývojem senzorových sítí. Již během řešení projektu lze očekávat snadný přístup k technologickým novinkám, definování a řešení úkolů společně s výzkumnou organizací, což bude mít pozitivní vliv na průmyslový výzkum realizovaný firmou. V dlouhodobějším horizontu se zlepšení znalostní báze a podpora průmyslového výzkumu musí odrazit v portfoliu produktů uplatněných na trhu. Poskytneme společnostem v regionu součinnost při pilotování, experimentování i produkčním zabezpečení, a to jak v oblasti kvantové, tak i postkvantové kryptografie. S vybudováním nejmodernější 5G (případně 6G) sítě je spojen i vznik souvisejících laboratoří - těžká laboratoř (s jedinečným vybavením pro testování a měření RF signálů a EMC parametrů) a výzkumná a vývojová lehká IoT laboratoř, která umožní výzkum, vývoj, výrobu a implementaci prototypů koncových zařízení s aplikačním důrazem na IoT. Obě přinesou nové poznatky z daného oboru, zejména z oblasti bezdrátových komunikačních sítí.
V oblasti optické komunikace a senzorů se vědci zaměří na výzkum a vývoj nových typů optických a optovláknových senzorů pro oblasti Automotive, Industry 4.0 a nových typů komunikačních platforem na bázi bezvláknové optické technologie.
V rámci tohoto tématu bude řešena integrace optovláknových senzorických systémů do automobilového průmyslu. Systémy a sondy postavené na vláknových senzorech, zahrnující interferometry, braggovské mřížky či optické fotonické krystaly, budou využity při měření teploty baterií, motoru a interiéru vozidla, dobíjecích stanic včetně vlhkosti nebo snímání vibračních charakteristik částí vozidel. Dále půjde o bezpečnostní systémy vozidel jako součásti autonomních systémů s ne-invazivním monitorováním životních funkcí řidiče a posádky vozidla.
Obsahem budou řešení vysokorychlostního přenosu dat a monitorování důležitých, provozních, mechanických a jiných veličin (poloha, rychlost, hloubka, resp. životnost nástrojů a strojních konstrukcí) po společném optickém vlákně/kabelu. Výsledkem budou inovativní konstrukční řešení vycházející z myšlenky Průmyslu 4.0, včetně prediktivní údržby využívající nové přístupy, např. moderních 3D tisků a systémy s nanomateriály či polymery, tj. optické senzory s odolností vůči elektromagnetickému rušení.
Výzkumníci se zaměří na platformu pro bezvláknovou komunikaci vozidlo-vozidlo (V2V) či vozidlo-infrastruktura (V2I) s možnou integrací RF. Budou se řešit způsoby zajištění výměny informací a zabezpečení kanálu mezi vozidly či veřejným osvětlením, v souladu s platnými předpisy či normami. V rámci Průmyslu 4.0 půjde o nové možnosti integrace např. VLC technologií pro osvětlení výrobních hal. Vyvíjená technologie pracuje také s možností využití osvětlení jako komunikační platformy IoT zařízení, automatických linek a robotů ve výrobě.
Jedním z cílů je vybudování ojedinělé bezprašné optické laboratoře s jedinečným výzkumným zařízením. Laboratoř bude v oblasti optických a vláknově optických senzorických systémů unikátní v rámci celé ČR.
Výzkumný tým věnující se problematice autonomní doprava se ve spolupráci s partnery z řad výrobců automobilů, nákladních vozidel a autobusů, přímých dodavatelů a spolupracujících vědeckých týmů zaměří na dvě klíčové oblasti. První je vývoj a výzkum prostředků, metod a algoritmů pokročilých asistenčních systémů řidiče a autonomního řízení automobilů, nákladních vozidel, vozidel pro veřejnou dopravu a průmyslových mobilních robotů, druhou oblastí jsou nové brzdové systémy s aplikací umělé inteligence, resp. strojového učení zohledňující vlastnosti materiálů v reálném čase. V oblasti e-mobility a prostředí se výzkumníci zaměří na využití sofistikovaných algoritmů pro zlepšení zejména dynamických vlastností elektrických pohonů či zvýšení robustnosti a zmenšení závislosti na měnících se parametrech stroje, což zlepšuje energetické ukazatele celého pohonu.
Oblast brzdových systémů autonomních vozidel a vozidel na elektropohon bude řešena s ohledem na vývoj nových řešení brzdových systémů z pohledu jejich řízení, bezpečnosti a také ekologické šetrnosti ve srovnání se stávajícími brzdovými systémy, které jsou založeny na frikčních brzdách, které nikterak nekomunikují s řídící jednotkou vozu.
Vývoj, testování, publikování a komercializace zcela nových hardwarových a softwarových prostředků automobilových elektronických systémů – testovací systémy a elektronické systémy vozidel umožňující autonomní jízdu a datovou konektivitu; nové řešení brzdových systémů s materiálovou zpětnou vazbou.
Vývoj inteligentních algoritmů řízení moderních regulovaných pohonů a výkonových polovodičových systémů s ohledem na jejich implementaci v reálném čase. Za velmi užitečné lze spatřovat i sledování dopadů provozu technologií na prostředí (vnitřní i vnější) s cílem minimalizace negativních dopadů a intenzifikace energetické efektivnosti, spolehlivosti a provozního komfortu.
Návrh a otestování nového řešení brzdového systému osobního automobilu, který bude adaptivně reagovat na aktuální stav (např. teplota) stěžejních komponent (brzdová deska, kotouč, třmen) s cílem optimalizovat brzdnou účinnost a minimalizovat množství produkovaných emisí (prachové částice, organické látky, hluk).
Výzkumný tým se bude zabývat výzkumem a rozvojem na následujících specifických tématech v oblasti kvality vývoje, v oblasti funkční bezpečnosti a provozního selhání a v oblasti cybersecurity.
Motivací navrhovaného výzkumu je významným způsobem zvýšit robustnost, implementovatelnost a také bezpečnost vybraných činností (s ohledem na potřeby průmyslu a také publikační potenciál) při vlastním návrhu robotizovaného pracoviště a jeho subsystémů, jeho optimalizaci a následném provozu, včetně naprogramování za použití moderních technologií – systémů strojového učení a vidění, umělé inteligence a moderních senzorických systémů. Dále také urychlit, zpřesnit a zefektivnit ty části průmyslových procesů, v nichž je doposud důležitou součástí lidská práce. Metody interakce člověk-stroj s využitím moderní senzoriky povedou k výrazně realističtější komunikaci člověk stroj a k přirozenějšímu „vnořování“ strojů, zejména robotů, do výrobního řetězce. Implementace I4.0 a strojového učení je aplikovatelná i při návrhu nových nekonvenčních robotických struktur pro nestandardní pracovní prostředí, kde aplikace komerčně dostupného robotu není možná, nebo je ekonomicky nevýhodná (například požadavek na vysoký počet stupňů volností).
Realizace výše uvedených etap bude využívat pokrokových simulací na digitálních dvojčatech vyvíjených a zkoumaných zařízení, subsystémů. Následně budou testovány na reálných stendech v prostorech Centra robotiky, včetně jeho rekonstruovaných prostor.
Dalším cílem výzkumného programu bude rozvinutí poznatkové základny bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a využívání nových technologií (kolaborativní robotika, KR) se zaměřením na posuzování rizik s ohledem na koncept Průmysl 4.0.
Aditivní technologie je multioborovou problematikou vyžadující společná řešení konstruktérů, technologů, metrologů, metalografů, povrchových inženýrů a dalších specialistů s vysokým technickým vzděláním. S 3D tiskem souvisí i nezbytné procesy, a to nový kreativní přístup v konstrukčním navrhování (využití topologické optimalizace a navrhování bionických konstrukcí), příprava výroby a výrobního procesu a postprocesní úpravy (tepelné zpracování, třískové obrábění na CNC obráběcích strojích, povrchové úpravy, 3D měření a 3D skenování).
Hlavní výzkumné cíle budou spočívat v interdisciplinárních výzkumných záměrech a jejich dílčích aktivitách v oblastech pre-processingu (příprava procesu a podkladů pro 3D tisk), processinguaditivní technologie 3D tisku kovových, kompozitních i polymerních materiálů) a navazujícím post-processingu (dokončovací proces) v návaznosti na trendy Industry 4.0 a automatizace 3D tiskové výroby.