„Dámy a pánové, spusťte svůj software.“ Těmito slovy byl odstartován historicky první závod autonomních závodních vozů, který se konal v rámci nedávného veletrhu spotřební elektroniky CES v Las Vegas – veletrhu, z nějž se v posledních letech stává spíše přehlídka horkých novinek v oblasti elektromobility.

Ono se vlastně jednalo již o druhý závod série Indy Autonomous Challenge (IAC), která je v podstatě prestižní mezinárodní studentskou soutěží. Úplně první závod série se konal loni v říjnu na slavném oválu v Indianapolis. Tam se však jely pouze tzv. časovky – jednotlivé autonomní vozy (celkem se jich do závodu přihlásilo devět) jely „proti časomíře“. Závod v Las Vegas byl historicky první v tom, že se závodilo vyřazovacím způsobem. Na dráze se tak spolu vždy utkávaly dva vozy, z nichž ten, který dokázal být nejen rychlejší, ale byl schopen i lépe manévrovat a předjíždět, zvítězil a postoupil do dalšího kola.

„Softwarové algoritmy potřebné k tomu, aby vedle sebe dvě auta závodila rychlostí kolem 170 mil za hodinu, vyžadují značný kvalitativní posun v porovnání se sólo jízdou,“ řekl Paul Mitchell, prezident a generální ředitel společnosti Energy Systems Network, která závody IAC organizuje, před startem nedávného závodu.

Přípravy na závody tedy musely být velmi pečlivé a selektivní. Výzva k nim byla vyhlášena již v listopadu 2019. Tehdy se přihlásilo 41 univerzitních týmů ze 14 států USA a z celkem 11 zemí. Následně proběhlo několik tzv. hackathonů, v nichž musely soutěžící týmy prokázat znalostní a dovednostní předpoklady pro to, aby se vůbec mohly závodů autonomních vozidel zúčasnit.

Na samých hranicích možností

Závod v Las Vegas vyhrál mezinárodní tým PoliMOVE, složený ze studentů italské Politecnico di Milano a University of Alabama, který se tak zapsal do historie jako první vítěz závodu autonomních vozů stylem head-to-head (jízda dvou a více vozů pohromadě). PoliMOVE se prosadil v konkurenci 9 týmů složených ze studentů 19 univerzit a 8 zemí (do finálové soutěže se kvalifikovalo 5 týmů) a za svůj úspěch byl odměněn finanční částkou ve výši 150 000 dolarů.

PoliMOVE navíc vytvořil i rychlostní rekord, když mu na závodním oválu naměřili rychlost 173 mph. „Dnešek byl skutečným zrodem autonomního závodění,“ pronesl po závodě spokojeně Sergio Savaresi, vedoucí týmu Politecnico di Milano. „Vysokorychlostní multiagentní závody tak dosáhly svých současných hranic. Výzkum autonomních vozů bude z tohoto historického milníku jistě těžit,“ dodal.

Poražený finalista – tým TUM Autonomous Motorsport, reprezentující německou Technische Universität München – získal za druhé místo odměnu 50 000 dolarů. Mnichovský tým i přes finálovou porážku potvrdil své špičkové kvality, neboť právě on vyhrál již zmíněnou první soutěž seriálu, konanou loni v říjnu v Indianapolis.

Stejné vozy, odlišný software

Závody se jezdí s vozidly s hardwarově naprosto stejnými technickými parametry, rozhodujícím faktorem je tedy pouze software, který jednotlivé týmy samostatně vyvíjejí. Klíčem k úspěchu je tak především to, jak dobře dokáže konkrétní software provádět zcela autonomně předjížděcí manévry. Organizátoři soutěže doufají, že další vývoj umožní, aby spolu časem mohlo soupeřit i více než jen dvě autonomní vozidla.

Závodní vozy s typovým označením Dallara AV-21, považované za momentálně nejpokročilejší autonomní závodní vozidla, jsou vybaveny nejmodernějšími technologiemi pro autonomní jízdu, jako jsou například tři senzory Luminar Hydra LiDAR, které umožňují 360stupňové snímání s dlouhým dosahem, což je jeden ze základních předpokladů pro bezpečnou autonomní jízdu ve velmi vysokých rychlostech. Vozy jsou však – možná oproti očekávání – poháněny spalovacími motory, nikoli elektromotory, a to proto, že baterie by byly pro tyto vozy příliš těžké a znemožňovaly by při velmi vysokých rychlostech bezpečné autonomní manévrování.

Organizace IAC plánuje v dohledné budoucnosti uspořádat další podobné závody, tedy takové, že na startovní čáře vedle sebe stanou dvě autonomní vozidla. Věří však v to, že v době nepříliš vzdálené technologický vývoj umožní vypustit na závodní dráhu tolik vozidel, jako je tomu v normálních automobilových závodech.

Američan Siraj Raval si před pár lety pořídil Teslu Model 3 a brzy jej napadlo, že by svůj vůz mohl využívat i v době, kdy stojí v garáži a zahálí. Začal proto jeho prostřednictvím zkoušet těžit kryptoměny. Svůj Apple Mac mini M1 zapojil přes napěťový střídač do dvanáctivoltové zástrčky ve středové konzoli vozu. Přes frunk, tedy přední kufr elektromobilu, připojil rovněž výkonné grafické procesory. Ačkoli Raval tímto počínáním riskuje ztrátu záruky na vůz, říká, že se to vyplatí. Když v loňském roce byla cena kryptoměny ethereum na svém vrcholu, vydělával tímto způsobem prý až 800 dolarů měsíčně.

V roce 2018 měl podobný nápad Chris Allessi, jeden z průkopníků elektromobility v americkém státě Wisconsin, který ve svém volném čase staví vlastní elektromobily a na svém internetovém videokanálu vystupuje tak trochu jako Doc Brown ze známého filmu Návrat do budoucnosti, který přestavěl automobil na stroj času. „Mám rád elektřinu. Baví mě předělávat věci i stavět věci nové. Vy mi dáte elektromotor a já vám dám hotový výrobek,“ říká.

Podobně jako Raval i Allessi vyzkoušel několik různých způsobů, jak přeměnit svou Teslu Model S na kryptotěžební zařízení. Těžba kryptoměn je jak známo energeticky náročný proces, ve kterém počítače po celém světě přispívají svým výpočetním výkonem do kryptoměnové sítě, aby následně mohly vytvářet nové platební jednotky a ověřovat probíhající transakce s nimi. Dělají to pomocí specializovaného softwaru, který provádí určité matematické výpočty, při nichž je rozhodující rychlost, resp. výkon počítače. K tomu, abyste se do tohoto procesu mohli zapojit, je tedy v podstatě vše, co potřebujete, jen výkonný počítač a kvalitní elektrický zdroj pro jeho napájení.

Allessi vyzkoušel těžbu bitcoinů připojením Bitmain Antminer S9 – což je těžební zařízení speciálně používané k těžbě této celosvětově nejoblíbenější kryptoměny – přímo ke své baterii přes napěťový měnič neboli invertor. Ten je velmi důležitý, protože upravuje napětí baterie elektromobilu na úroveň, která je kompatibilní s jeho Antminerem.

Allessi k těžbě využil také interní firmware vozidla. To podle něj nebyl žádný velký problém – ve vozidle vestavěný počítač a jeho obrazovku použil k navigaci na webovou stránku, kterou vytvořil speciálně k těžbě kryptoměny monero.

Hacknout si svůj elektromobil

Ze všech technik, které vyzkoušel již zmíněný Raval, prý byla nejziskovější ta, která kombinovala „hacknutí“ interního počítače Tesly a připojení grafického procesoru přímo k elektromotoru vozu. „Je to počítač na kolech a nabourat se do něj je velmi jednoduché,“ popisuje Raval, který tento proces charakterizuje jako v podstatě únos interního firmwaru vozidla za účelem využití jeho přebytečné energie.

Další „hacker“ Tesly a kryptotěžař Thomas Sohmers však tvrdí, že uvedený postup ani není nutný. „Vůz je již zkonstruován tak, aby poskytoval výkon více než 100 kilowattů, a vše, co se k vozu připojuje, potřebuje jen zlomek tohoto výkonu. Uvedené kroky tedy nejsou vůbec potřeba, technicky to nedává smysl,“ domnívá se Sohmers. „Všechny potřebné mechanismy v elektromobilu Tesla již jsou,“ souhlasí Whit Gibbs, generální ředitel a zakladatel společnosti Compass, která se zaměřuje na poskytování služeb pro těžbu bitcoinů. „Máte tam zdroj energie, dostatečný prostor, máte možnost přidat chlazení. Baterie určitě poskytuje dostatek energie na spuštění ASIC (zákaznický integrovaný obvod, pozn. red.) a jeho provoz,“ dodává Gibbs.

Vyplatí se to?

Zásadní otázkou však je, zda výtěžnost vůbec stojí za námahu. „Proč byste si takto měli opotřebovávat vůz v ceně 40 000 až 100 000 dolarů? A právě v této době. I když sice cena bitcoinů dramaticky vzrostla, stejně tak se zvýšila i obtížnost těžby. Jestliže v roce 2018 jsem během zhruba 60 hodin vydělal bitcoiny v hodnotě 10 dolarů, dnes za stejnou dobu s úplně stejným vybavením vydělám bitcoiny v hodnotě jednoho či dvou dolarů,“ namítá Allessi. Těžba kryptoměny monero se ukázala podobně nevýnosná. „Fungovalo to, to ano, ale z hlediska ziskovosti to nemělo smysl,“ dodává Allessi.

Raval je však ohledně potenciálu výdělečnosti optimističtější. Ravalova Tesla ujede na jedno nabití za 10 až 15 dolarů 320 mil. I když s elektromobilem každý den jezdí několik hodin, potřebuje nabít zhruba za jeden a půl týdne, takže jeho měsíční účet za nabíjení se pohybuje od 30 do 60 dolarů. Raval odhaduje, že ze své baterie Tesla těží v průměru 20 hodin denně. Ačkoli cena kryptoměn, jako je ethereum, je velmi proměnlivá, Ravalovi s to prý vyplatí.

Důvodem pro jeho optimismus je především to, že vytěžené ethereum vložil do Midas.Investments, investiční platformy pro kryptoměny, která mu nabízí roční výnos 23 procent. Raval přitom výnos průběžně nevybírá a nechává jej nerušeně narůstat. Raval také nakupuje již použité grafické procesory, které jsou pro těžbu nutností, na internetovém tržišti eBay, což také přináší určité úspory. V průběhu loňského roku tak vydělával mezi 400 a 800 dolarů měsíčně, díky čemuž byl jeho podnik ziskový, a to i v obdobích, kdy kryptoměny stagnovaly.

Podle Sohmerse ale tak vysoké zisky nejsou možné. „Můj optimistický odhad pro hashrate (veličina měřící výkonnost bitcoinových sítí v jednotkách za sekudnu, pozn. red.) grafického procesoru nasazeném v Tesle Model 3 je kolem 7–10 MH/s. Při rychlosti 10 MH/s by to v současné době znamenalo zisk těžby kryptoměny ethereum ve výši 13,38 dolaru, a to bez započtení nákladů,“ namítá Sohmers. Smysl to nedává ani podle Allessiho, který již s těžbou ve svém elektromobilu skončil. „Více peněz si mohu vydělat prací v McDonald’s,“ uzavírá lapidárně.

V budovách se spotřebovává přes 40 procent veškeré energie. Budeme-li uvažovat pouze elektřinu, pak její spotřeba se ze 70 procent odehrává v budovách. Snížení této spotřeby a její korekce tak, aby odpovídala stále rostoucí výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů, je jednou z klíčových výzev současnosti. Vzrůstá tlak, aby budovy byly navrhovány tak, aby byly energeticky co nejefektivnější. Aby bylo možné tohoto cíle dosáhnout, je třeba spotřebu energie v budovách lépe předvídat a modelovat. Současná doba k tomu nabízí velmi dobré softwarové nástroje, například Building Energy Modeling (BEM) neboli Energetické modelování budov.

Jedná se o víceúčelový softwarový nástroj zaměřený na energetickou účinnost budov a jejich efektivní integraci do sítě. Americké ministerstvo energetiky (DOE) investuje do vývoje BEM a jeho aplikací průběžně již od 70. let 20. století, nejnověji pak zejména do open source nástroje EnergyPlus.

Standardně vypadá proces BEM tak, že se provede vyhodnocení nákladů a úspor navrhovaných změn na základě určitých modelů, jimiž mohou být kancelářské budovy, školy, nemocnice nebo bytové domy. Tyto tradiční aplikace jsou si v zásadě podobné v tom, že se primárně zabývají minimalizací celkové roční spotřeby energie. Používají BEM poměrně jednoduchým způsobem: definují model budovy včetně výběru z možných provozních strategií a následně se provede celoroční simulace s využitím modelace počasí. Získané výsledky se poté detailně analyzují.

BEM zohledňuje účinky počasí na přenos tepla stěnami, okny a základy, proměny zalidněnosti budovy, zatížení jejích elektrických rozvodů, osvětlení, provoz systémů HVAC (vytápění, větrání a klimatizace), ohřevu vody a jednotlivé interakce mezi těmito subsystémy. BEM tak umožňuje projektantům a stavebním inženýrům předvídat možné úspory a náklady na různá zařízení a poskytuje jim data k tvorbě alternativních návrhů. Klimatické změny, neustále se vyvíjející energetický mix, resp. rostoucí podíl proměnlivých obnovitelných zdrojů, alternativní výroba energie z vlastních zdrojů, to vše jsou faktory, které zásadně ovlivňují požadavky na BEM.

Primárním rozdílem oproti minulosti jsou rostoucí požadavky na komplexní řízení provozu budovy. Roční spotřeba energie je samozřejmě stále důležitá, stejně důležitá je ale dnes i schopnost pružně reagovat na aktuální spotřebu a přesunout spotřebu energie z odběrové špičky nebo minimální dostupnosti obnovitelných zdrojů do intervalu zvýhodněných tarifů a větší dostupnosti obnovitelných zdrojů. BEM se proto musí stále vyvíjet, aby byl schopen vyhodnocovat pokročilé, responzivní řídicí strategie a podporovat aplikace umožňující provádět vyhodnocení a adekvátní reakce v průběhu hodin nebo i minut.

Upgrade od Pythonu

Výše zmíněný instrument EnergyPlus má aplikační rozhraní, které uživatelům umožňuje interagovat s ním během simulace. Tato funkce se jmenuje Energy Management System (EMS), protože jejím primárním určením je implementace řídicích algoritmů. Tyto algoritmy představují virtuální EMS pro virtuální budovu reprezentovanou simulací.

Historicky byli uživatelé funkce EMS nuceni psát svůj kód ve velmi jednoduchém a na zakázku vytvořeném počítačovém jazyce, který byl podobný jazyku BASIC z doby kolem roku 1980. Původní EMS přitom neumožňoval ani použití externích knihoven a mohl používat pouze data, která byla k dispozici na začátku simulace.

Nedávno však EMS získal významný upgrade v podobě podpory od populárního a výkonného skriptovacího jazyka Python. Python EMS nyní umožňuje nástroji EnergyPlus integrovat a vyměňovat si data s velkým počtem externích nástrojů a knihoven. Mezi významná vylepšení patří schopnost používat knihovny strojového učení při implementaci algoritmů řízení budov, schopnost získávat data v reálném čase ze zařízení a řídicích systémů budov a možnost implementace do komplexnějších aplikací, schopných interagovat v reálném čase. Tyto nové funkce umožňují uživatelům vyvíjet, optimalizovat, testovat a implementovat nové, velmi komplexní řídicí technologie a strategie.

Podle Edwina Lee z National Renewable Energy Laboratory (NREL), který vede projekt EnergyPlus a je hlavním vývojářem Python EMS, jsou pokroky v modelovacích schopnostech EnergyPlus obzvláště důležité, protože správa energie v budovách se stává stále komplikovanější. „Je velmi důležité, abychom mohli dále upravovat modely budov, zvláště když experimentování v reálném světě je s tímto nástrojem tak levné a pokud dotyčná budova ještě neexistuje,“ uvedl Edwin Lee.

Programovací jazyk Python byl vybrán především pro svou multiplatformovou podporu, velkou komunitu vývojářů a rozsáhlou a stále rostoucí sadu knihoven pro vše od vizualizace přes statistiky až po strojové učení. Mnohé z těchto knihoven jednoduše „přebijí“ základní schopnosti původního EMS – schopností přizpůsobit EnergyPlus pomocí nových řídicích strategií, nových modelů zařízení, nových metrik a vývojových proměnných a dalších upravených nebo zcela nových simulačních funkcí.

Knihovny Pythonu také umožňují „live“ komunikaci s datovými zdroji včetně vzdálených serverů a fyzických zařízení, jako jsou senzory a různé systémy automatizace. Díky Pythonu EMS může EnergyPlus využívat zdroje dat v reálném čase, včetně dat o aktuálním počasí, předpovědí počasí, zalidněnosti budov nebo teplot v jejich útrobách. Schopnost interagovat s datovými zdroji umožňuje provádět energetické simulace „v reálném čase“, ve kterých se vnější data a výsledky simulace vzájemně dynamicky ovlivňují. Mezi takové aplikace v reálném čase patří společná simulace více budov – ve které simulace každé budovy nahlíží na simulaci ostatních jako externí zdroje dat – stejně jako testování nových produktů a dynamické řízení budovy podle zvoleného modelu.

Virtuální supermarket

Jedním z velkých průmyslových hráčů, který již Python EMS nasadil, je Emerson Electric, společnost s ročním obratem 17 miliard dolarů, která vyvíjí automatizační řešení pro zvýšení energetické účinnosti „na obou stranách elektroměru“. V roce 2020 se společnost Emerson spojila s NREL s cílem identifikovat způsoby, jak zlepšit efektivitu a flexibilitu zvláště energeticky náročného segmentu: supermarketů. Aby se ušetřily provozní náklady – kromě toho, že jsou supermarkety vysoce energetické, mají totiž také poměrně nízké marže – a také aby supermarkety mohly aktivně reagovat na aktuální stav sítě, usiloval Emerson o snížení celkového energetického zatížení budovy alespoň o 25 kW během čtyřhodinové špičky při zachování nebo dokonce zlepšení kvality služeb i pohodlí nakupujících.

Chladicí zařízení a systémy HVAC jsou v supermarketech energeticky velmi náročné a skýtají tak významnou příležitost pro zkvalitnění. S tím se však těsně pojí vysoké nároky na pečlivé sledování a kontrolu. To vše komplikuje skutečnost, že HVAC a chlazení se vzájemně ovlivňují a mohou spolu být i v rozporu. Proud studeného vzduchu, který lze cítit v oddělení mléčných výrobků, samozřejmě snižuje potřebu klimatizace a může dokonce vyvolávat potřebu topení. Proto je důležité, aby příslušný řídicí systém byl schopen předvídat interakce mezi těmito dvěma subsystémy. Věc je o to komplikovanější, že vzhledem k tomu, že v sázce je zboží rychle podléhající zkáze, mají provozovatelé supermarketů sklon být neochotní k větší míře rizika a zdráhají se zavádět nové kontrolní strategie bez předchozího rozsáhlého ověřování.

K prozkoumání nových strategií řízení HVAC a chlazení proto výzkumníci z Emerson a NREL použili EnergyPlus a v experimentálním centru Emerson Helix Center simulovali hospodaření s energií v supermarketech. Systém EnergyPlus modeloval HVAC a chladicí systémy a vzájemné interakce mezi nimi spolu s různými variantami návštěvnosti, zatížením elektrických rozvodů a osvětlení. Výzkumný tým použil k prototypování různých řídicích strategií Python EMS, včetně vyhodnocování podmínek a teplot produktů uvnitř chladicích boxů a předpovídání bezpečného uchovávání potravin. Bez Pythonu EMS by tým musel provádět nákladné reálné experimenty nebo se pokoušet předpovídat teploty pomocí výpočtů post hoc po provedení simulací v EnergyPlus.

„EnergyPlus nám umožňuje vytvořit virtuální supermarket, se kterým můžeme experimentovat, a Python EMS nám umožňuje rychle prototypovat a testovat alternativní strategie. Můžeme vyhodnotit mnohem více scénářů mnohem rychleji, než kdybychom museli použít fyzický supermarket,“ popsal aktuální stav výzkumník z NREL Grant Wheeler.

Firma Emerson nyní vyvíjí prediktivní řídicí jednotku pro dynamické řízení energetického systému supermarketů. Pomocí předpovědí počasí v reálném čase a aktuálních podmínek chlazení v supermarketech a HVAC bude možné používat systém EnergyPlus k vyhodnocování a výběru z 6 000 možných strategií řízení pro daný časový rámec. Wheeler tento přístup popisuje jako „digitální dvojče, které dokáže spouštět scénáře, předvídat problémy a optimalizovat provoz v krátkých časových intervalech pomocí dat v reálném čase. Tento aktivní přístup ke správě budov poskytne supermarketům další úspory“.

Strojové učení proměnilo mnoho průmyslových odvětví, od sociálních médií a produktového marketingu až po lékařský výzkum a autonomní řízení vozidel. Nyní se zdá, že podobný účinek bude mít i na oblast řízení budov.

Pražská společnost Amper Meteo vyvinula systém, který dokáže na základě družicových dat zpřesnit vývoj oblačnosti a lépe tak předpovědět, jaký bude výkon solárních elektráren. Na projektu s názvem Vývoj metod energetického nowcastingu se podíleli rovněž vědci z Ústavu výzkumu globální změny Akademie věd ČR.

Díky využití pokročilých statistických metod a neuronových sítí umí tento systém spočítat s velkou přesností na několik hodin dopředu, kam se posune oblačnost, a i o jaký druh oblačnosti půjde. Celkově systém identifikuje třináct typů oblaků a podle toho, jaký se bude v daném místě objevovat, umožňuje spočítat, kolik slunečního záření pronikne až k fotovoltaickým elektrárnám. V kombinaci s výpočty z numerických předpovědí vzniká na nejbližší hodiny komplexní obrázek, případně doplněný odhady na základě jednotlivých samostatných metod. Díky tomu lze velmi dobře odhadnout, kolik články vyrobí energie. Tento nástroj by mohl být obzvláště užitečný například při přechodu fronty, protože upřesňuje, kdy projde daným místem, což numerické předpovědní modely s takovou přesností neumějí.

„Když se například zatáhne obloha, výroba solárních elektráren rychle klesá. Na trhu tak může nastat nečekaný nedostatek proudu. Distributoři pak musí na poslední chvíli shánět elektřinu jinde a často za mnohem vyšší ceny. Když je naopak sluneční aktivita nečekaně vysoká, je energie tolik, že je někdy i potřeba platit těm, kdo si ji odeberou. Dobrá předpověď počasí dokáže tato rizika výrazně umenšit. Špatným odhadem může producent přijít třeba o půl milionu za několik hodin,“ upozorňuje Milan Šálek ze společnosti Amper Meteo.

Systém je užitečný hlavně v prvních hodinách předpovědi, zatímco pro dlouhodobější předstih přebírají otěže předpovědi z numerických modelů. Umožňují tak energetickým společnostem v Česku i dalších evropských zemích efektivněji nakládat s vyrobenou elektřinou. Lze předpokládat, že se využití systému bude dále šířit s ohledem na rostoucí počet bateriových systémů v elektrických sítích. I pro jejich optimální využívání je potřeba co nejlépe znát „solární počasí“, a tedy optimální čas nabíjení a posléze využívání v bateriích uložené energie.

Specializované předpovědi ale mohou dobře využít i klasické teplárny a elektrárny. Podle teploty a slunečního svitu totiž mohou odhadovat i spotřebu energie na vytápění a chlazení. „Český hydrometeorologický ústav takto specializované služby pro energetiku aktivně nenabízí, soustředí se hlavně na obecnější předpovědi a varovnou službu před nebezpečnými jevy,“ dodává Milan Šálek.

Technologie 5G-V2X, tedy propojení komunikační technologie Vehicle-to-Everything se sítí 5G, již pozvolna začíná pronikat do praxe. Jednou z jejích pozitivních stránek je určitě i to, že umožňuje plnou propojitelnost se starší technologií LTE-V2X. Vozidla i příslušná silniční infrastruktura si tak v podstatě již nyní mohou vyměňovat řadu potřebných informací, a to buď v režimu přímé komunikace, tedy zcela bez potřeby síťového pokrytí, nebo standardně, tedy s využitím mobilních sítí.

Jen na evropském kontinentu jsou již prostřednictvím 4G-LTE připojeny miliony vozidel a průmysloví analytici odhadují, že více než 70 % všech prodaných nových vozidel je již vybaveno technologií 4G. Služby 5G-V2X by však měly umožňovat ještě mnohem pokročilejší služby propojené mobility a otevřít tak cestu k autonomní jízdě, ale – jak již bylo uvedeno – při zachování interoperability s již existujícími vozidly vybavenými LTE-V2X.

Co přinesl kongres

Na nedávném celosvětovém kongresu ITS (Intelligent Transport Systems), největší a nejvýznamnější akci na světě zaměřené na chytrou mobilitu a digitalizaci dopravy, letos konané v německém Hamburku, upozornil svaz 5GAA (5G Automotive Asociation – svaz výrobců automobilů specializujících se na implementaci 5G sítí) na to, že v dohledné době bude nezbytné provést revizi stávající evropské směrnice ITS. Tato revize by podle 5GAA měla do budoucna zesílit tlak na neutrální přístup k technologiím. Proč? Právě z důvodu zajištění kontinuálního vývoje, tedy v návaznosti na starší komunikační platformu. A také s ohledem na geopolitické poměry. Vzhledem k tomu, jak rychlý je vývoj v současné době v oblasti 5G sítí a mobility v Číně a ve Spojených státech, potřebuje totiž Evropa jasný technicko-právní rámec zaměřený na budoucnost, aby si i nadále udržela své přední postavení.

Pokročilé formy řízení vozidel se skutečně formují globálně, avšak v tuto chvíli je jedinou zemí, která má na trhu komerčně dostupná vozidla podporující 5G Cellular-Vehicle-to-Everything (C-V2X) již zmíněná Čína. V současnosti je na trhu 14 modelů vybavených technologií C-V2X. Ve Spojených státech se Ford zavázal nasazovat od začátku roku 2022 technologii C-V2X ve všech nových modelech. V Evropě se očekává, že se vozy s podporou 5G dostanou na trh ještě letos, a to díky automobilce BMW.

„Pokud technologie 5G pronikne do automobilového průmyslu, bude pravděpodobně jejím největším přínosem to, že výrazně přispěje ke snížení počtu nehod na silnicích a zachrání tak miliony životů,“ uvedl technický ředitel svazu 5GAA Maxime Flament. „Kombinace konektivity s dlouhým a krátkým dosahem, kterou C-V2X nabízí, skýtá optimální parametry pro zajištění bezpečnosti a efektivity provozu, navíc snižuje environmentální stopu,“ dodal. Masivnější prosazení technologie C-V2X ve světě by tedy mělo rozhodně mít příznivý vliv v oblasti tzv. udržitelného rozvoje.  

V příštích dvou až třech letech očekává 5GAA rychlé zavádění technologie C-V2X do praxe. Komercializace takto vybavených vozidel však nestačí: celý ekosystém – od samotných automobilů přes cloud, mapy, mobilní sítě, systém určování polohy až po silniční infrastrukturu – musí být perfektně odladěný, uživatelsky maximálně přátelský. 5GAA proto na kongresu navrhla vytvoření platformy, v jejímž rámci by na dalším vývoji v této oblasti spolupracovaly přední automobilky, telekomunikační společnosti a další významné technologické firmy. Platforma by tak měla umožnit vývoj komplexních řešení konektivity pro budoucí služby v oblasti mobility a dopravy.

Prioritní technologie

Podle expertů svazu 5GAA budou pro urychlení zavádění inovací klíčová určitá specifická opatření, resp. technologie. Důležitá bude například implementace systému, který dokáže varovat před nehodami a pomáhá chránit připojená vozidla a cyklisty nebo jiné zranitelné účastníky silničního provozu, jako jsou jezdci na elektrokolech, elektrokoloběžkách nebo chodci. Tento systém již vyvinuly společnosti Continental a Deutsche Telekom. Řešení dokáže monitorovat a vypočítávat trasy, po nichž běžně jezdí automobily i bicykly. Pokud je pravděpodobné, že se v některém místě automobil a bicykl setkají, systém oba tyto účastníky silničního provozu varuje prostřednictvím mobilní komunikace v reálném čase. Je třeba dodat, že počáteční silniční testy tohoto systému již proběhly a byly úspěšné.

Dalším důležitým opatřením bude podle 5GAA implementace algoritmu Location-as-a-Service. Ten zlepší určování polohy účastníků silničního provozu díky tomu, že si vozidla budou průběžně vyměňovat data prostřednictvím sítě 5G. Tuto technologii aktuálně vyvíjí německý Fraunhoferův institut. Tato služba bude například schopná upozornit řidiče na možnou srážku s cyklistou, jezdcem na e-koloběžce nebo na poškozou vozovku. Bude ale také umět navést nevidomého na požadované místo, třeba do obchodu či úřadu nebo ke dveřím autobusu. V takovýchto situacích má vysoce přesná lokalizace samozřejmě vždy zásadní význam.

Prohlášení tohoto typu na takovýchto akcích bývají ve většině případů čistě deklaratorní, zda se tedy podaří stanovené cíle v dohledné době uvést do praxe, resp. jakou podobu budou mít, se v tuto chvíli můžeme pouze dohadovat. Snahy jsou to ale nepochybně záslužné.     

Na startupovou akci Future City Boot Camp, která se v nedávné době coby doprovodná část prestižní soutěže Startup World Cup & Summit konala v Praze, zavítal i katalánský startup Shotl. V jejím průběhu jsme měli možnost popovídat si s jeho spoluzakladatelem a ředitelem Gerardem Martretem o zajímavé aplikaci, kterou Shotl vyvinul především pro oblast městské mobility.

Mohl byste krátce představit vaši společnost? Jaké byly její začátky?

Společnost Shotl byla založena v březnu 2017 v Barceloně a rychle se vypracovala do podoby plnohodnotné firmy, která dokáže nabízet plnohodnotné produkty. V současné době již má licenci k našim technologiím řada dopravních operátorů, obcí a korporací po celém světě.

Jaké služby nebo aplikace Shotl v současné době nabízí?

Naše firma Shotl nabízí softwarovou platformu určenou pro oblast mobility. Provozovatelům veřejné dopravy umožňuje poskytovat služby typu on-demand, nejčastěji prostřednictvím sítě autokarů či malých autobusů. Algoritmy této platformy v reálném čase navádějí vozidla tak, aby se při přepravě co nejlépe zohlednily počátek a cíl cesty jednotlivých cestujících, zvláště pak v oblastech, kde je veřejná doprava často nedostatečná a vysoce dotovaná. Týká se to zejména vzdálenějších obytných předměstí velkých měst, ale i byznysových parků, průmyslových zón, dopravních uzlů, jako jsou letiště, nebo malých vesnic. Našimi hlavními zákazníky jsou tedy města, která mají zájem nabízet svým občanům inovativní dopravní služby, nebo také přepravci, kteří se na trhu snaží uspět s novým paradigmatem mobilita jako služba. K našim zákazníkům patří ale například také business parky nebo univerzity, které nabízejí interní dopravu pro své zaměstnance nebo studenty.

Zakladatel a CEO startupu Shotl Gerard Martret (Foto: Shotl)

Co je hlavním problémem nebo úkolem, který chce vaše společnost vyřešit?

Shotl pomáhá městům a dopravním společnostem lépe využívat jejich autobusové provozy tím, že na málo vytížené trasy mohou nasazovat autobusy přepravující cestující v módu on-demand, tedy na vyžádání, aby tak obecně řečeno urychlily přechod od automobilové kultury k integrované mobilitě, ve které v posledku již nebudou potřební řidiči. Ve finální fázi by tedy mělo jít o autonomní provoz.

V oblasti mobility dnes narážíme na celou řadu nejrůznějších problémů, co vás vedlo k tomu, že jste se rozhodli řešit právě tento problém?

Chtěli jsme zkrátka vyvinout platformu, díky níž bude hromadná doprava stejně flexibilní a pohodlná jako osobní automobil. Máme ambiciózní cíl: do 10 let chceme pomoci snížit počet osobních automobilů ve městech o 50 %.

Jak vaše platforma funguje? Mohl byste popsat základní principy vašeho řešení?

Platforma Shotl se v podstatě skládá ze tří aplikací, které spolu zcela bezproblémově spolupracují: jmenovitě se jedná o uživatelskou aplikaci, řídicí aplikaci a modul pro správu. Součástí systému jsou dále tzv. backendové algoritmy, které dokážou propojit uživatele sdílených vozidel podle toho, odkud jedou a kam.

Co by mělo být hlavní výhodou tohoto řešení pro jeho uživatele?

Zcela jednoduše řečeno nabízíme optimalizované řešení pro tzv. první a poslední míli včetně tzv. dynamického směrování a okamžité odezvy na aktuální poptávku a zapojení technologií strojového učení.

Jak chcete získávat další zákazníky, jak je chcete přesvědčit, aby použili právě vaše řešení?

To je jednoduché, máme již vyzkoušeno, že Shotl dokáže v porovnání s autobusovou pevnou linkou snížit provozní náklady až o 15 %. Vedle toho také dokáže zvýšit poptávku uživatelů, a to až pětinásobně po zhruba 6 týdnech od spuštění služby.

(Foto: Shotl)

Je vaše technologie již ve finální podobě, je tedy již hotová, nebo plánujete její další vývoj?

Technologie je již vyspělá a plně funguje v několika zemích po celém světě. Přesto na jejím vylepšování stále pracujeme. Naši experti na mobilitu ji neustále rozvíjejí, přičemž velmi silně zohledňují připomínky a návrhy našich zákazníků. Přihlížejí také k nejnovějším trendům v oblasti MaaS a SaaS, aby rozšiřovali funkce a přidávali nové a stále tak zlepšovali uživatelské prostředí a zvyšovali jeho komfort.

Jaké jsou hlavní překážky (pokud existují) pro zahájení hromadné implementace vaší platformy?

Komunita koncových uživatelů nebo i vývojářů možná bude tuto technologii přijímat pozvolna, ale myslím si, že v oblastech, kde již byla implementována, se nadmíru osvědčila.

Už jste vyřešili financování? Hledáte partnera se silným finančním zázemím?

Nedávno jsme se stali součástí SWVL, což je první jednorožec z oblasti Blízkého a Středního východu, který vstoupil na burzu Nasdaq. Díky tomuto spojení jsme nyní společností, která dokáže poskytovat opravdu komplexní end-to-end řešení.

Podíl elektroniky, různých řídicích prvků a softwaru na řízení a provozu vozidel se neustále zvyšuje a úměrně tomu roste i hrozba hackerského útoku na ně. Výrobci automobilů však pouze dohánějí několikaleté zpoždění v zabezpečení proti hackingu, které mají vzhledem k IT průmyslu.

Hacking automobilů není nic nového. Zpočátku šlo zejména o jednoduché techniky napodobení dálkového odemykání vozidel. S rostoucím množstvím elektronických prvků ve vozidlech ale stoupá i jejich zranitelnost. Luxusnější moderní automobil v sobě skrývá stovky elektronických prvků, více než 4 km kabelů a drátů a miliony řádků softwarového kódu.

„V podstatě jakákoliv vozidla, která v dnešní době opustí výrobní linku, obsahují integrované obvody, které řídí různé funkce. Mezi kritické funkce patří například brzdy, airbagy nebo bezpečnostní pásy. Dále se může jednat o řízení spalování či efektivní spotřeby, informace o poloze vozidla, ale i služby, které zlepšují komfort řidiče během jízdy. Výrobci aut v poslední dekádě investovali prostředky do vývoje elektroniky, která dělá vozidla efektivnější, pohodlnější a v rámci možností i ekologičtější. Ovšem s nárůstem objemu elektroniky a obslužného softwaru se přímo úměrně rozrůstají možnosti útočníka, který se může pokusit danou funkčnost zneužít ve svůj prospěch,“ říká Michal Merta, ředitel pražského Cyber Fusion Centra společnosti Accenture.

Odposlechnout a napodobit sekvenci

Hackeři se v první řadě zaměřují na to, z čeho mohou mít přímý užitek. Proto se hlavní zájem soustřeďuje stále na to, jak vozidlo odcizit. U bezklíčkových systémů odemykání se většinou zloději snaží odposlechnout a napodobit sekvenci signálů, které majitel vozidla vyšle.

Pokud chtějí být hackeři úspěšní, musejí být vždy o krok před výrobci. Jakmile tedy výrobci automobilů zareagovali tím, že pevnou sekvenci signálů vysílaných ovladačem nahradili variabilní plovoucí sekvencí, útočníci nasadili dlouhodobější odposlouchávání a prediktivní metody odhadu potřebného sledu signálů. S využitím bezklíčkových mechanismů startování vozidla si zase poradili spoluprací dvou hackerů se dvěma rádii, která imitují vysílání nízkých a vysokých frekvencí, jež probíhá při přiblížení majitele a ovladače a stisku tlačítka startování.

Problém s hackingem automobilů je zejména v tom, že je možné ovládnout systémy, jejichž nefunkčnost přímo ohrožuje lidské životy. Lze zneužít například senzory, které monitorují tlak v pneumatikách, takže vysílají varovné signály nebo zamezí vozidlu v další jízdě. Ovládnout lze dokonce celý infotainment automobilu, jak tomu bylo například při nejznámějším simulovaném hackingu Jeepu Cherokee, který útočníci v rámci demonstrace donutili při jízdě na dálnici zrychlovat a zpomalovat, při pomalé jízdě paralyzovali brzdy, a posléze auto zcela odstavili z provozu.

Možnosti hackerů stále rostou

S konektivitou rostou možnosti hackerů„Většina moderních automobilů je vybavena internetovým připojením, které umožňuje cestujícím a řidiči snadný přístup k zábavě, navigaci a informacím. Připojení automobilu k internetu jej ale vystavuje většímu nebezpečí vzdálených útoků. Na letošní konferenci Black Hat tak například odborníci z týmu Sky-Go předvedli další úspěšný hack automobilu. Konkrétně se jednalo o Mercedes-Benz třídy E, v jehož softwaru byl nalezen více než tucet zranitelností. Ty umožnily útočníkům třeba vzdáleně otevřít dveře nebo nastartovat motor,“ říká Ondřej Ševeček, odborník na počítačovou bezpečnost a dodává: „Stále více zařízení obsahuje čipy, které shromažďují a odesílají informace nebo jsou dokonce zapojené do firemních sítí a cloudových řešení, a jejich zabezpečení je velkou výzvou pro odborníky na kybernetickou bezpečnost.“

Přes auta se však dají napadat i další systémy. Prostřednictvím nabíjecích zařízení pro elektromobily lze například proniknout do domácích a firemních sítí. V nedávno zveřejněném testu odborníci prověřili nabíječky několika značek a ukázalo se, že u několika z nich by sofistikovanější útok umožnil hackerovi přístup do wi-fi sítě. Následně by pak bylo možné sledovat provoz v síti nebo dokonce ovládnout zařízení, která jsou do ní připojená. Navíc získání vzdáleného přístupu k nabíječce vozidla znamená, že útočník nad ním získá plnou kontrolu, tedy že může i zablokovat přístup majiteli.

Jednou z mladých společností, která se zúčastnila nedávného pražského startupového bootcampu a soutěže Startup World Cup & Summit, byla španělská HOPU. Její IT řešení by mělo podle jejích vlastních slov městům umožnit inovace prostřednictvím klíčových technologií, jako je umělá inteligence, internet věcí nebo tzv. Data Quality – kvalita dat. O bližší charakteristiku tohoto řešení jsme požádali vedoucí marketingu startupu HOPU Andreu Gómez Olivu.

Mohla byste stručně představit společnost HOPU? Kdy, kde a jak vznikla?

HOPU je španělská společnost, která se snaží aplikovat ve městech inovace prostřednictvím nejnovějších technologií, jako je umělá inteligence, internet věcí nebo tzv. kvalita dat (Data-Quality). Pohybujeme se v technologickém sektoru tzv. smart cities – monitorujeme, analyzujeme a vizualizujeme environmentální data. V našem katalogu máme například různá zařízení, která umožňují monitorovat emise, povětrnostní podmínky, hluk či lokální kumulace osob. Vedle toho nabízíme rovněž odpovídající vizualizační nástroje, jako jsou dashboardy, různé specificky zaměřené aplikace a datové modely využívající umělou inteligenci pro korelaci dat.  

Společnost HOPU, jejíž centrála se nachází v Murcijském regionu na jihovýchodě Španělska, vznikla v roce 2014. Aktuálně máme multidisciplinární tým složený z 35 pracovníků – inženýrů, vývojářů, datových expertů a odborníků na marketing a komunikaci – a zakládáme pobočky v dalších městech, například v Berlíně.

Na řešení jakých problémů se vaše společnost zaměřuje především?

Hlavním problémem, který řešíme, je podpora městských plánovačů a dalších podobně zaměřených expertů v jejich rozhodovacích procesech. Chceme jim pomoci vyhnout se případným sankcím, umožnit jim urychlit investice do technologií, které dokážou zmírnit změny klimatu, a vyhnout se ztrátě grantů kvůli nedostatku indikátorů/výsledků založených na nezpochybnitelné evidenci. Naší ambicí zkrátka je zajistit, aby jejich rozhodování zohledňovala příslušné ukazatele udržitelnosti, změny klimatu, kvality ovzduší a byla ku prospěchu obyvatel měst.

Jsme tu, abychom podpořili jakékoli rozhodnutí o udržitelném městském rozvoji a digitální transformaci prostřednictvím nástrojů založených na dashboardových datech, nástrojů na podporu rozhodování a zařízení z oblasti internetu věcí umožňujících sledování udržitelnosti a stavu životního prostředí. Propojujeme data, technologie a lidi, abychom vytvořili účinný nástroj pro městské inovace. Naším cílem je vytvářet taková města, kde lidé budou cítit, že opravdu žijí ve smart city.

Tým startupu HOPU (Andrea Gómez Oliva je v první řadě zcela vlevo)

Proč jste si vybrali právě tuto problematiku?

Potřeba řešit výše uvedené problémy je velmi bezprostřední, a to kvůli předpisům, jako je například Zákon o změně klimatu (Climate Change Act) či Zelená dohoda pro Evropu (European Green Deal). Ty ale také vytvářejí podmínky pro růst trhu. Nacházíme se nyní ve fázi, kdy se začínají rodit chytrá města a zároveň je třeba intenzivně řešit dopady klimatické změny. Ve Španělsku na to jsou momentálně vyčleněny investiční prostředky ve výši 870 milionů eur, v Německu půl miliardy eur. Velikost trhu s technologiemi zaměřnými na sledování kvality ovzduší byla poradenskou společností Frost & Sullivan odhadnuta na téměř 7 miliard USD. Pokud však tento trh rozšíříme o navazující služby, služby s další přidanou hodnotou, které podporují urbanistické plánování a rozvoj, dostaneme se až k číslu 98 miliard USD. Při naplňování cílů udržitelného rozvoje, resp. udržitelných měst je navíc možné využívat investic z Investičního plánu pro udržitelnou Evropu, fondu Just Transition, od Světové banky či mezinárodní rozvojové banky.

Můžete popsat základní princip vašeho technologického řešení? Co by mělo být jeho hlavní uživatelskou výhodou?

HOPU se rozvíjí ve dvou liniích: v jedné probíhá vývoj SaaS (software jako služba) pro analýzu a vizualizaci dat, a to s jasnými ukazateli pro konkrétní osoby s rozhodovací pravomocí. Ve druhé linii vyvíjíme monitorovací zařízení pro sběr vysoce kvalitních dat.

SaaS, který jsme v HOPU vyvinuli, se zaměřuje na monitoring životního prostředí, jehož součástí jsou digitální služby s tzv. kontextovou inteligencí. Tato aplikace městům umožňuje shromažďovat, analyzovat a vizualizovat velké množství údajů charakterizujících aktuální situaci měst. Její součástí jsou datové sady vytvořené ze zdrojů na bázi internetu věcí, satelitů, různých enviromentálních zdrojů, utilit a otevřených dat, které poskytují řadu ukazatelů usnadňujících pochopení stavu životního prostředí na daném území v konkrétním čase. Řešení je postaveno na standardech kvality dat (IEEE P2510), datových prostorech a inteligentních datových modelech (FIWARE, IDSA a GAIA-X) a datové interoperabilitě (ETSI a OGC).

V porovnání s konkurencí jsou hlavními přednostmi našeho řešení kvalita a spolehlivost dat. Ráda bych zdůraznila, že naše řešení nabízí certifikovanou kvalitu dat (již zmíněné IEEE P2510) a validaci externími institucemi, jako je Environment Centre (CETENMA), a certifikačními autoritami (SGS).

Jak hodláte přesvědčit potenciální zákazníky, aby si vybrali právě vaše řešení?

Naše řešení Unique Value Proposition umožňuje sledovat kvalitu ovzduší, a to s vysokou přesností a spolehlivostí. Naše datové soubory jsou velmi kvalitní, k jejich zpravování používáme pokročilé algoritmy a odpovídající služby, včetně více než 3 TB historických dat a tréninkových modelů, na jejichž základě dokážeme vytvářet velmi přesné předpovědi a modely prevence, které jsou v souladu s předpisy Evropské unie i americké Agentury pro ochranu životního prostředí (EPA).

HOPU se řídí již zmíněným standardem kvality dat IEEE P2510, který umožňuje korelovat data z více zdrojů, různých geografických poloh a kontextů, a to jako součásti cloudové platformy s podporou umělé inteligence.

Našimi hlavními výhodami ve srovnání s konkurencí jsou kvalita dat, používání otevřených standardů, kompatibilita, certifikáty kvality a dobré reference díky projektům, na nichž se HOPU podílí, jako je například tvorba nízkoemisních zón v centru Madridu, či jiné podobné projekty na dalších místech ve Španělsku, ale i v Helsinkách, Lisabonu nebo Ženevě.

Ukázka jednoho z městských tzv. smart spots, na kterém se podílel startup HOPU (Kredit: HOPU)

Je vaše technologie již kompletně dokončená, nebo ji stále rozvíjíte?

Máme katalog již hotových řešení, ale HOPU neustále roste. Pracujeme na rozvoji v oblasti analýzy dat a umělé inteligence. Nyní je v provozu více než 10 našich řešení v několika evropských hlavních městech a předpokládáme, že do roku 2023 tento počet rozšíříme na 50.

Jaké jsou hlavní překážky, pokud jsou nějaké, pro zahájení širší implementace vašeho řešení?

HOPU o širší implementaci samozřejmě usiluje, budujeme partnerskou síť, abychom byli schopni řešit i velké projekty na různých místech Evropy. V poslední době jsme ve Španělsku navázali spolupráci se společnostmi Telefónica (O2) a big telco a plánujeme nasadit 300 našich zařízení v andaluské provincii Cádiz.

Již máte zajištěno financování vašeho dalšího rozvoje? Hledáte partnera se silným finančním zázemím?

HOPU aktuálně usiluje o získání investice ve výši dva miliony eur, kterou by měly z části pokrýt veřejné půjčky pro startupy, včetně ENISA a CDTI od španělské vlády, z části pak soukromí investoři, jako například BStartup, LeadBlock, Torret Road Capital, Wayra a Lanzadera. HOPU je rovněž součástí klíčových investičních programů, jako jsou EIT Digital Evropské komise, Wayra Telefóniky a Lanzadera španělského podnikatele Juana Roiga.

O některých vašich realizovaných projektech jste se již zmínila, ale můžete přehled vašich projektů či zákazníků ještě rozšířit?

V tuto chvíli tvoří portfolio našich klientů 48 chytrých měst v celé Evropě a 10 specifických byznysových projektů. HOPU se v současné době zaměřuje na vývoj řešení pro města Aarhus, Hamburk, irský Galway, baskické Bilbao, španělskou Cartagenu a Ceutí, britský Bristol a Londýn, argentinskou Córdobu a také pro Mexico City.

Do budoucna hodláme růst především v oblasti datové analýzy a umělé inteligence. S využitím našich kompetencí chceme vytvořit datové modely, které městům pomohou lépe poznat, jak zlepšit městské prostředí tak, aby bylo udržitelnější.

Produkce řady automobilek bude letos nižší, než se předpokládalo. Jedním z hlavních viníků tohoto nepříznivého vývoje jsou polovodiče, resp. jejich nedostatek, který se navíc stále prohlubuje. Na začátku letošního roku analytici předpovídali, že v důsledku nedostatku polovodičů se letos vyrobí o 1,5 milionu vozidel méně. Do dubna se toto číslo vyšplhalo na více než 2,7 milionu a v květnu to již bylo více než 4,1 milionu. Nedostatek polovodičů podtrhl nejen křehkost dodavatelských řetězců v automobilovém průmyslu, ale také upozornil na závislost automobilek na desítkách malých a skrytých počítačů, které dnešní vozy obsahují.

„Žádný jiný průmysl neprochází tak rychlými technologickými změnami jako automobilový,“ řekl Zoran Filipi, vedoucí oddělení automobilového inženýrství Mezinárodního centra automobilového výzkumu při Clemson University. „Je to dáno potřebou řešit hrozbu stále přísnějších předpisů týkajících se emisí CO2 a současně udržovat krok s vývojem automatizace a tzv. infotainmentu a plnit tak očekávání zákazníků ohledně výkonu, pohodlí a služeb,“ vysvětlil. V nadcházejících letech proto můžeme očekávat, že tento trend ještě zesílí s tím, jak stále více automobilek bude ustupovat od spalovacích motorů a přecházet k elektromobilitě a také k autonomním vozidlům.

Důraz na bezpečnost neustále roste

„Kdysi byl software jen jednou ze součástí auta. Dnes určuje hodnotu celého automobilu,“ poznamenává Manfred Broy, emeritní profesor informatiky na Technické univerzitě v Mnichově a přední odborník na automobilový software. Podle něj to, zda vůz bude úspěšný, závisí na jeho softwaru mnohem více než na jeho mechanickém provedení. „Téměř všechny inovace vozidel se v současnosti také pojí se softwarem,“ upozorňuje profesor Broy.

Zhruba před deseti lety obsahovaly vozy prémiových kategorií kolem 100 mikroprocesorových řídicích jednotek, jejichž celková délka kódů se pohybovala kolem 100 milionů řádků. Dnes mohou vozy nejvyšších tříd, vybavené špičkovými technologiemi, jako jsou asistenční systémy typu ADAS, obsahovat i 150 řídicích jednotek. Počtu 100 řídicích jednotek se přibližuje i řada vozidel nižších tříd, protože funkce, které byly kdysi považovány za vysoce nadstandardní, například adaptivní tempomat nebo asistenční brzdné systémy, se posunuly do oblasti standardního vybavení.

Stále přitom přibývají nové a nové bezpečnostní funkce, které rovněž vyžadují pokročilé řídicí technologie, nemluvě o trvale se zpřísňujících emisních limitech, které mohou vozidla splňovat pouze s pomocí sofistikované elektroniky a softwaru. Vzpomeňme v této souvislosti na aféru Dieselgate. Za jejím propuknutím stál fakt, že německá automobilka Volkswagen vybavila své automobily s dieselovými motory TDI softwarem, který rozpoznával, že motor pracuje v režimu odpovídajícím požadavkům laboratorních testů výfukových plynů, a změnou nastavení motoru dočasně snižoval množství vznikajících oxidů dusíku, aby její vozy splnily zákonný limit.

Poradenská společnost Deloitte odhaduje, že od roku 2017 lze přibližně 40 % nákladů na pořízení nového vozu přičíst elektronickým systémům fungujícím na bázi polovodičů, což je vzhledem k roku 2007 zdvojnásobení nákladů. (Před 50 lety to bylo pouhých 5 % z celkové ceny.) Do roku 2030 se tento podíl pravděpodobně vyšplhá až na polovinu celkových pořizovacích nákladů. Pokud vezmeme v úvahu jen samotné polovodiče, pak podle Deloitte jich má dnes každé nové auto v sobě v průměru za zhruba 600 amerických dolarů.

„Roste především množství softwaru napsaného za účelem detekce nesprávného chování vozidla a zajištění jeho bezpečnosti,“ říká Nico Hartmann ze společnosti ZF se sídlem v německém Friedrichshafenu, která je jedním největších světových dodavatelů automobilových komponentů. Jestliže k těmto účelům byla zhruba před deseti lety určena asi třetina softwaru, dnes je to podle Hartmanna často více než polovina.

Každý vůz unikátem

Softwarovou variabilitu, která znamená, že software v podstatě z každého jednotlivého vozidla činí unikát, dokládá například luxusní model SUV XC90 společnosti Volvo. Ten obsahuje přibližně 110 elektronických řídicích jednotek, přičemž jejich konkrétní sestava závisí na několika faktorech. Volvo totiž stejně jako všechny ostatní automobilky nabízí každý svůj model v různých variantách v závislosti na tom, pro který segment trhu je určen. Každý vůz totiž musí splňovat nejen regulační předpisy daného regionu, ale každý kupující má mít možnost vybrat si z více variant: ať již jde o funkce motoru, nebo o funkce vnitřního vybavení. Právě to, jaká konfigurace standardního, volitelného a zákonem požadovaného vybavení je zvolena, určuje přesný počet a typy řídicích jednotek, jejich softwaru a související elektroniky, které bude vozidlo obsahovat. Klíčové je samozřejmě to, aby jejich spolupráce byla zcela plynulá a harmonická.

Deloitte odhaduje, že nejméně 40 % rozpočtu na vývoj vozidla, od úplného počátku až do začátku výroby, plyne na systémovou integraci, testování, ověřování a validaci. Mít plně pod kontrolou veškerou elektroniku a software v každém jednotlivém vozidle je tedy poměrně obtížný úkol, který často vyvolává napětí mezi marketingovými odděleními automobilek, která se snaží vycházet zákazníkům co nejvíce vstříc a nabízet tedy co nejširší paletu variant, a mezi vývojáři a konstruktéry, kteří požadují na základě dobré obeznámenosti se složitostí realizace redukci této diverzity. Není proto překvapením, že efektivní správa této výrobní komplexnosti je v automobilovém průmyslu významným problémem, který v dohledné době jistě nezmizí.

Miliarda testů

Nejde samozřejmě pouze o software, ale i o fyzickou architekturu součástek, která s ním souvisí. Mnoho řídicích jednotek je spojeno s nějakými senzory nebo akčními členy, se kterými interagují, například v brzdových systémech nebo při monitoringu motoru. Kabelový svazek tak může obsahovat i více než 1 500 drátů o celkové délce až 5 000 metrů a o hmotnosti kolem 70 kg. Snižování hmotnosti a složitosti těchto kabelových svazků se proto stalo jedním z hlavních cílů automobilek.

I přes značnou snahu automobilek se přesto ne vždy podaří důkladně otestovat všechny možné kombinace sestav řídicích jednotek před zahájením výroby. Zatímco bezpečnostní prvky vozidla bývají většinou pevně dány, konečná podoba celé sestavy řídicích jednotek se zpravidla odvíjí od toho, jak vysoké požadavky na komfort vznese zákazník. V některých případech tak vozidlo, které sjíždí z výrobní linky, je také prvním vozidlem v dané softwarové konfiguraci.

Některé automobilky tak musejí řešit i statisíce potenciálních kombinací pro každý jednotlivý model. Máte-li pak důkladně vyzkoušet každou jednotlivou kombinaci elektroniky, znamená to otestovat až miliardu jejích unikátních konfigurací. Na druhou stranu celou řadu těchto konfigurací lze dnes řešit již během vývoje, tedy ještě před fyzickou částí výroby, počítačovými simulacemi.

Situaci ale komplikuje fakt, že téměř veškerý vývoj řídicích jednotek a příslušného softwaru zajišťují externí dodavatelé, kteří často nemají přehled o tom, jak má fungovat celá sestava, takže můžou nastat problémy se vzájemnou kompatibilitou. Jak málo softwaru automobilky vyvíjejí samy, dokládá nedávný výrok Herberta Diesse, předchozího generálního ředitele koncernu Volkswagen a současného předsedy jeho představenstva, v němž připustil, že jen asi 10 % softwaru pochází přímo od Volkswagenu. Zbývajících 90 % zajišťují desítky externích dodavatelů.

Komplikace, které tím mohou vzniknout, potvrzuje průzkum mezi dodavatelskými firmami automobilek, které odpovídaly na otázku, jak těžké je zjistit, zda změna v softwaru jedné řídicí jednotky ovlivní funkci jiné. Potíže připustilo více než 90 % z nich, z toho 37 % dotázaných firem uvedlo, že je to obtížné, 31 % odpovědělo, že je to velmi obtížné, podle 7 % je to téměř nemožné a podle 16 % to není možné vůbec. Dodejme, že podobné to je i z uživatelského hlediska: 83 % řidičů tvrdí, že nakonfigurovat si správně nový vůz je pro ně až příliš složité. To jsou bezpochyby znepokojující údaje.

Automobilky se vedle všech výše zmíněných problémů se softwarem musejí navíc připravit na to, že budou čelit stále sílící hrozbě záměrného vnějšího, hackerského útoku na software vozidla. Tato problematika se v současné době již řeší na mezinárodní úrovni, což dokládá například usnesení OSN o regulaci kybernetické bezpečnosti vozidel, některé prognózy jsou však spíše skeptické. Například poradenská společnosti McKinsey varuje, že složitost automobilového softwaru rychle přerůstá možnosti dále jej efektivně rozvíjet a udržovat. Složitost tohoto softwaru totiž za poslední desetiletí vzrostla čtyřikrát, ale produktivita firem, které jej automobilkám dodávají, se za stejnou dobu téměř nezvýšila. V příštím desetiletí se přitom tato složitost pravděpodobně opět několikanásobně zvýší. Výrobci automobilů i jejich dodavatelé se proto budou muset velmi usilovně snažit, aby tuto mezeru mezi vývojem a produktivitou co nejdříve uzavřeli.      

Transformace energetiky směrem k trvalé udržitelnosti je pro energetickou infrastrukturu, či spíše pro ty, kteří ji vytvářejí a spravují, velkou výzvou. Vítr a slunce jsou, jak známo, velmi kolísavé zdroje energie a složitost a propojenost energetické infrastruktury se neustále zvyšuje. Zároveň vzrůstá i význam kybernetické bezpečnosti, protože stále více komponentů této infrastruktury je digitálně propojených, a tím i zranitelných. Tyto skutečnosti dělají provozovatelům přenosových soustav spoustu starostí a problémů. Někteří z velkých hráčů na poli energetiky v nedávné době přišli s konceptem, který by měl řadu těchto problémů odstranit. Tento koncept se nazývá internet energie (Internet of Energy – IoE) a v mnohém navazuje na již dříve vytvořené technologické koncepty internet věcí (Internet of Things – IoT), průmyslový internet věcí (Industrial Internet of Things – IIoT) a Průmysl 4.0 (Industry 4.0).

Hlavním cílem IoE je stručně řečeno to, aby se s pomocí již poměrně zavedené technologie IoT vytvořily monitorovací sítě čidel, nad kterými může běžet řada smart grid aplikací. Ty by pak umožňovaly například podrobné monitorování aktuálního stavu sítě, řízení spotřeby elektřiny, správu distribuovaných úložišť nebo začleňování obnovitelných zdrojů do elektrické sítě.

Nový typ sítě

První řešení pro IoE se začala objevovat zhruba před čtyřmi roky. Do této doby se také datuje řešení od společnosti GE Power – platforma Predix. Vzhledem k tomu, že GE je v oblasti energetiky opravdu velkým hráčem, není divu, že jeho projekt kromě specialistů rychle vzbudil značnou pozornost i u široké veřejnosti. O co v tomto projektu šlo? V zásadě o využití technologie IoT, strojového učení a big data k budování nového typu sítě, který umožní nahradit tradiční model dodávek elektrické energie. Pokud by se totiž podařilo každému elektronu přiřadit jeden informační bit, bylo by pak možné tato data, resp. elektrony detailně sledovat a usměrňovat podle momentální potřeby.

GE k tomuto účelu již vytvořil i speciální operační systém – platformu Predix, která podporuje celý proces datové analýzy od cloudového úložiště dat až po „edge“ řešení. To jsou taková řešení, v jejichž rámci výpočetní algoritmy běží na surových datech nebo strojových datech co nejblíže místu, kde byla sebrána. Výhodou tohoto řešení je, že se tak výrazně zvyšuje rychlost zpracování a eliminuje šum. Data se přitom nemusejí sbírat pouze na vlastních zařízeních GE, ale mohou pocházet i od jiných dodavatelů.

Součástí platformy Predix jsou také pokročilé funkce založené na strojovém učení, například prediktivní údržba nebo optimalizace výkonu sítě. Výsledky, kterých se podařilo v praxi dosáhnout, jsou velmi výmluvné: neplánované prostoje se podařilo snížit o 5 %, počet falešných poplachů poklesl o 75 % a náklady na provoz a údržbu byly nižší o 25 %.

Digitální transformátor jako změna paradigmatu

Do rozvíjení konceptu internet energie se zapojil i další průmyslový gigant – německá společnost Siemens. Ta v roce 2018 představila Sensformer – první digitální transformátor na světě, a tím zahájila cosi jako změnu paradigmatu.

Sensformer je zařízení, které obsahuje čidla, jež trvale sledují nejdůležitější provozní parametry, jako je hladina oleje, teplota, napětí transformátoru nebo aktuální souřadnice GPS. Komunikace probíhá přes GSM nebo přes ethernet, není tedy potřeba žádná sekundární IT infrastruktura.

Siemens rozšířil vlastnosti chytrých transformátorů a rozvaděčů o vrstvu edge computingu (foto: Siemens)

Každý takovýto transformátor má také své digitální dvojče, které v reálném čase simuluje chování svého fyzického předobrazu. Díky tomu lze předvídat a rychle reagovat na chvilková přetížení a nezkracovat tím životnost transformátoru. Stejně tak účinně lze kontrolovat i provozní teplotu, předcházet poruchám a mít trvalý přehled o zbytkové životnosti zařízení.

V roce 2019 přišel Siemens s chytrým rozvaděčem Sensgear. Zabudovaná čidla tohoto zařízení podobně jako v případě Sensformeru trvale monitorují vnější parametry, jako je počasí v daném místě a souřadnice GPS, i parametry vnitřní, jako je hustota plynu, teplota nebo vypnutí obvodu.

Přeřadit na vyšší rychlost

V letošním roce Siemens povýšil svou rodinu chytrých rozvaděčů a transformátorů tím, že je vybavil tzv. edge computingem. Zařízení Edgeformer a Edgegear, která Siemens představil na průmyslovém veletrhu Hannover Messe 2021, jsou první vysokonapěťová zařízení na světě, která mají tuto funkci.

Dosud většina digitálních řešení pro zařízení rozvoden využívala jen připojení ke cloudu. Zapojení edge computingu ale nabízí možnost připojení zařízení přímo v rozvodně. Výhody cloudových řešení, jako je třeba analýza dat nebo centralizovaná správa zařízení a aplikací, lze využívat nadále, ale díky edge computingu je zařízení „upgradováno“ na vyšší výpočetní rychlosti, které umožňují rychlejší rozhodování, ukládání a zpracování dat přímo na místě.

V případě edge computingu jsou data v rozvodně uložena offline, aniž by byla ohrožena bezproblémová, bezpečná a snadná integrace do stávajícího IT prostředí zákazníků. Výsledkem je systém s vysokou mírou kybernetické bezpečnosti. Do budoucna se plánuje doplnění edge transformátorů a edge rozváděčů o aplikace pro datové analýzy a asset management.

„Internet energie nabízí obrovské příležitosti k tomu, jak úspěšně zvládnout výzvy stále složitější energetiky. V roce 2018 jsme uvedli na trh první digitální transformátor na světě, čímž se nám v oblasti distribuce energie podařilo změnit paradigma. Uvedení našich produktů Edge znamená další technologický průlom, který povede k efektivnějšímu přenosu elektřiny,“ zhodnotila prezentaci společnosti Siemens na hannoverském veletrhu Beatrix Natter, výkonná viceprezidentka společnosti Siemens Energy.

Load More