Kaptolčanin Teodor Tomić osvojio nagradu za najbolji europski doktorat iz robotike
1.5.2019. | 11:17
Mateja Barukčić
Pregleda: 8451
Teodor Tomić
(FOTO: privatna kolekcija)
Teodor Tomić jedan je od rijetkih Hrvata koji se može pohvaliti s ogromnim akademskim uspjehom kojeg je postigao za svog, još uvijek, mladog života. Ovaj 32-godišnji Kaptolčanin je doktor inženjerskih znanosti čiji je doktorat osvojio prvo mjesto u konkurenciji europskih doktorata iz robotike. Teodor živi i radi na relaciji Kalifornija-Njemačka, a jedno vrijeme je radio kao znanstvenik na Institutu za robotiku i mehatroniku pri Njemačkom centru za zrakoplovnu i svemirsku tehnologiju.
Pročitajte njegov put do zavidnog uspjeha o kojem će se, nadamo se, nadaleko čuti.
Opišite nam svoj put do doktorata.
Nisam siguran koliko kratko se dugi put do doktorata može opisati, no ipak ću pokušati.Tijekom osnovnog i srednjeg školovanja sam se bavio programiranjem, pa tako sudjelovao i na državnim natjecanjima iz informatike. Nakon prirodoslovno-matematičke gimnazije u Požegi studirao sam strojarstvo na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu, smjer mehatronika i robotika.Ondje sam zavolio područje automatske regulacije, koje sam spojio sa svojim iskustvom u programiranju. Pred kraj studija, 2008. sam počeo raditi u zagrebačkom startupu Hipersfera, gdje smo razvijali autonomni stratosferski zračni brod i napravili prototip u skali koji je letio u hangaru.
Ondje sam se prvi put susreo s mehanikom i upravljanjem leta, koje sam za potrebe projekta morao naučiti gotovo od nule. Takva letjelica još nije postojala, razvijali smo koncept i matematičke modele na osnovu dotadašnje literature o zračnim brodovima i osnovne fizike. U Hipersferi smo stoga imali poprilično znanstven pristup, jer se startup prvenstveno bavio razvojem tehnologije, što mi je veoma odgovaralo. Upravljanje tom letjelicom je na kraju bila i tema mog diplomskog rada, zamaskirana kao upravljanje podvodnim vozilima (dinamika je ista kao i za zračne brodove). Nakon što Hipersfera netom nakon početka financijske krize nije uspjela osigurati nastavak financiranja, projekt se nažalost ugasio.
San Francisco
NASA-in rover "Curiosity" na JPL-u u Pasadeni 2014.
Nakon toga sam uspio ostvariti svoju studentsku želju da radim kao znanstvenik na Institutu za robotiku i mehatroniku pri Njemačkom centru za zrakoplovnu i svemirsku tehnologiju (DLR, “njemačka NASA”) u Oberpfaffenhofenu (blizu Münchena), pošto me fascinirala robotska tehnologija koja se tamo razvija.
Također sam htio nastaviti u smjeru istraživanja i razvoja tehnologije. Tu je bilo ključno iskustvo koje sam stekao u Hipersferi. Tamo sam se pridružio grupi koja je radila na autonomnim letećim robotima, te sam u sklopu toga radio istraživanje za doktorat. Tu se poklopilo nekoliko sretnih okolnosti, pošto su u to vrijeme tražili nekoga mog profila (za regulaciju), te sam na sajmu Automatica 2010 u Münchenu uspostavio direktan kontakt sa svojim budućim kolegama.
To je bio timski rad razvoja letjelica koje autonomno navigiraju u nepoznatim, nestrukturiranim okolinama bez GPS-a. Navigacija i kartiranje okoline za izbjegavanje prepreka bilo je bazirano na laserskom skeneru i kamerama, a kasnije samo na kamerama, tako da je probni let bio moguć npr. i u rudniku. Tijekom 6 godina na DLR-u sam naučio mnogo o robotici, softveru, kompleksnim sustavima, te upoznao mnogo sposobnih, inteligentnih i zanimljivih ljudi.
Robotika je veoma interdisciplinarna, tako da su svi dobri uspjesi timski rad. Imao sam sreće da sam upao u dobar tim. U sklopu tog rada sa ko-autorima sam objavljivao znanstvene publikacije na međunarodnim konferencijama (Hong Kong, Chicago, Seattle, Južna Koreja) i časopisima iz robotike, i sudjelovao na radionicama. Doktorat sam upisao "eksterno", što znači da nisam bio zaposlen na fakultetu, već sam bio upisan kao doktorant na Fakultetu za informatiku i računarstvo Leibniz pri Sveučilištu u Hannoveru, gdje je netom profesor postao Sami Haddadin, s kojim sam imao dobru suradnju i na DLR-u.
Let u zračnom tunelu
Na jednoj konferenciji u Berkeleyu su me uočili osnivači startupa Skydio, te su me nešto više od godinu dana kasnije kontaktirali i regrutirali. Tako sam nakon 6 godina u Njemačkoj završio u Silicijskoj Dolini. Doktorat sam tako dovršavao nakon preseljenja u Ameriku, noću nakon posla, te ga konačno predao godinu dana kasnije, što je bilo 7 godina nakon početka rada na DLR-u.
Recite nam malo detaljnije o uspjehu doktorata.
Doktorat se prvenstveno bavi metodama za razlučivanje sila koje djeluju na leteće robote (dronove, pri čemu je fokus na male helikoptere). Klasično, letjelice pokušavaju kompenzirati sve vanjske poremećaje koji djeluju na njih (npr. vjetar). No, kako letjelice postaju sve manje, i gibaju se u nestrukturiranom prostoru, može doći do fizičkog kontakta s okolinom. Primjeri su sudar sa staklom koje letjelica ne vidi (pošto su prozirna za kamere), ili svjesni kontakt s osobom (netko uhvati ili gurne letjelicu).Ako se to ne uzima u obzir, letjelica može postati nestabilna i srušiti se i/ili nekoga ozlijediti.
Cilj doktorata je bio razviti metode kako bi letjelice mogle razlučiti između sile vjetra, kontakta i sudara. Tako letjelica može razumjeti i inteligentno reagirati na sile koje na nju djeluju, na primjer ne nastaviti letjeti u određenom smjeru kada se zabije u zid. Za vanjske promatrače djeluje kao jednostavan cilj, no začuđujuće je kako takve naizgled jednostavne funkcije dosad nisu bile razvijene za letjelicama. Ključ u tome je kako letjelica prepoznaje sudar na osnovu svog modela dinamike.
Metode razvijene tijekom doktorata su testirane na raznim tipovima dronova koje smo razvili na DLR-u, te su implementirane u poboljšanoj varijanti i u Skydiu. Da bismo mogli testirati jednu metodu mjerenja brzine vjetra dronom, morali smo razviti vlastiti dron na DLR-u i letjeti ga u jedinstvenom trodimenzionalnom zračnom tunelu u Kanadi. Za algoritam koji koristi mjerenja snage motora i aerodinamiku propelera za kojeg smo tamo skupljali podatke dodijeljen je i njemački patent. Primjenom tog algoritma propeleri efektivno postaju senzori vjetra.
Nakon obrane u rujnu 2018., počeo sam raditi kod svog mentora (Prof. Sami Haddadin), kojemu sam ujedno i prvi doktorand. Pošto smo imali dosta uspješnu suradnju na doktoratu, pozvao me da radim kao postdoktorand i izgradim laboratorij za leteće rojeve.
S kolegama s DLR-a nakon obrane doktorata 
S mentorom Prof. Haddadinom nakon obrane doktorata 
S ocem Tomislavom i bratom Rudolfom nakon obrane doktorata
Naposljetku sam za doktorat osvojio Goerges Giralt PhD Award, nagradu za najbolji europski doktorat iz robotike koja se dodjeljuje svake godine u sklopu Europskog robotičarskog foruma. Nagradu dijelim sa Stanislaom Graziosom iz Napolija. U konkurenciji su bila 28 doktorata iz Europe (10 iz Njemačke, 6 iz Italije, itd.), a nas 5 finalista je držalo 15-minutne prezentacije u Bukureštu u sklopu ERF-a.
Teodor na dodjeli nagrade u Bukureštu
Trenutno radim pola radnog vremena kao inženjer u jednom startupu u Silicijskoj Dolini u Kaliforniji, te pola radnog vremena kao postdoktorand na Tehničkom sveučilištu u Münchenu (TUM). Skydio je startup koji razvija i proizvodi autonomne dronove. Osnivači firme su istraživali autonomne letjelice na MIT-u, nakon čega su započeli rad na projektu Google Wing sa svojim mentorom Nick-om Roy-em. Skydio su osnovali nakon odlaska iz Google-a. Prvenstvena primjena prvog proizvoda -- Skydio R1 -- jest praćenje i snimanje osobe ili automobila tijekom raznih aktivnosti (sport, planinarenje i sl.). Autonomno znači da letjelica nema pilota u klasičnom smislu (daljinskog upravljača), već osoba samo odredi što želi da letjelica napravi, a “umjetna inteligencija” unutar letjelice to ostvari, bez potrebe da čovjek mora biti u petlji.
Osnovna tehnologija koja ovo omogućuje je suštinski ista kao ona kojom sam se bavio na DLR-u. Ključ u stvaranju jednog takvog zaokruženog proizvoda jest kontrola nad hardverom i softverom jer jedno utječe na drugo (računalo, senzori, baterija, veličina letjelice i propelera, ...), te fokusirani pristup i kvalitetna implementacija osnovnih algoritama.
Navigacija se odvija prvenstveno pomoću kamera, tako da letjelica može letjeti i gdje nema GPS-a. Letjelica pomoću stereo vizije računa "gustu" udaljenost od prepreka, tj. dobije sliku dubine okoline. Kamere pokrivaju cijelu kuglu (360 stupnjeva) oko letjelice, tako da letjelica u svakom trenutku ima trodimenzionalnu kartu okoline, tj. prepreka u koje se ne smije zabiti. Osobe i aute prati se pomoću kamere visoke razlučivosti koju procesira algoritam baziran na dubokom učenju (deep learning), koji može razlučiti između više osoba te ih pratiti kroz prostor i predvidjeti gdje će se kretati.
Skydio R1 "u divljini"
Ja radim na softveru upravljanja i planiranja (planning and control). Veoma pojednostavljeno: na osnovu svih informacija prikupljenih senzorima, letjelica mora odlučiti kamo, kojom putanjom i kako će letjeti (brzina, orijentacija) da bi snimila kvalitetan i zanimljiv video, sve dok izbjegava prepreke (npr. drveće, grane, stupove, zidove), pri velikim brzinama, agresivnim manevrima, pod utjecajem vjetra. U tom lancu se prvenstveno bavim algoritmima regulacije koji određuju kako se motori moraju vrtjeti da bi se ostvarila željena putanja unatoč vanjskim poremećajima.
Ovdje mogu utažiti svoju "glad" za razvojem novih tehnologija, implementacijom, testiranjem u realnim uvjetima. Tim je stvarno fenomenalno sposoban, i veoma je zabavno raditi s veoma sposobnim ljudima. Po mom mišljenju je to najbolja ekipa na svijetu u području autonomnog letenja i čast mi je da smijem biti dio toga. Na TUM-u se trenutno se izgrađuje novoosnovana Škola za robotiku i strojnu inteligenciju (Munich School of Robotics and Machine Intelligence - MSRM).
Na TUM-u sam postdoktorand, što znači da prvenstveno organiziram znanstveno istraživanje sa doktorandima, uključujući laboratorij, publikacije i projekte, i to na području flota bespilotnih letjelica. Ondje sam nakon godinu i pol rada u Americi došao nakon završetka doktorata po pozivu svog mentora, koji je direktor MSRM-a. Trenutno mjesečno letim između San Francisca i Münchena.
Što bi poručili mladima u Požeštini?
Po mom mišljenju je za osobni razvoj potrebno kvalitetno i zdravo okruženje koje vam daje izazove (challenging). U tom kontekstu mi se sviđa izreka "ako ste najpametnija osoba u prostoriji, u krivoj ste prostoriji". Pod kvalitetnim okruženjem mislim na međuljudske odnose u kojima se cijene nečije sposobnosti. Za stvaranje šire slike o svijetu mislim da je također bitno promijeniti okolinu i ljude s kojima radite. Ovdje mislim na fizičku i figurativnu okolinu.
To otvara sasvim nove perspektive, nove mogućnosti i (figurativna) vrata, te stavlja prijašnja iskustva u kontekst. Kaže se da je svijet mali, pošto postaje sve pristupačniji otvaranjem granica i pojednostavljenjem putovanja. No istovremeno je velik i postaje veći jer razne niše postaju eksponiranije (npr. internetom).
Mislim da za svakog "čudaka" postoji mjesto na ovom svijetu, samo ga treba naći, ako ste u mogućnosti. Možda je najbolje stvoriti vlastito okruženje koje vam odgovara i pozvati ostale sebi slične čudake da vam se pridruže, gdje god to bilo.
