Changamoto ya AgBot ya 2019

Sekondari ya East

Wakati wangu katika East High School mjini Denver, Colorado (2014-2018), nilijihusisha sana na shughuli za baada ya shule, na moja iliyokuwa na athari kubwa zaidi ilikuwa klabu ya roboti, AngelBotics. Sikuzaingia mpaka mwaka wangu wa sophomore, kutokana na kuzingatia soka mwanzoni. Klabu ilishiriki hasa katika FIRST Robotics Competition (FRC), ikiniruhusu kuchunguza uhandisi wa mitambo na umeme, pamoja na programu. Kupitia AngelBotics, nilijifunza kutumia zana za CAD, printer za 3D, na vifaa vingine vya uhandisi, nikipata ufahamu wa dhana za STEM kwa ujumla zilizokuwa zinatolewa kwa wanafunzi wa chuo. Mwanzoni nilikuwa nikitamani kuwa Mwanafizikia wa Kaalamu za Quantum, uzoefu wangu katika AP Physics na roboti ulinionyesha kuwa sikuwa mzuri sana katika fizikia na hivyo kunielekeza mbali na njia ya uhandisi wa mitambo.

Badala yake, nilipata nafsi yangu katika programu, ambayo ilianza kwa mimi kuandika msimbo wa Python kwa Raspberry Pi yangu ya kwanza na ikathibitishwa kupitia miradi ya Java katika AP Computer Science. Licha ya kukatazwa na mitihani, mwalimu wangu, Mr. Nagel, aliniahimize nitimize maendeleo ya programu, akisisitiza thamani ya miradi kuliko alama za mtihani. Hii iliniongezea msukumo wa kuzingatia sayansi ya kompyuta kama shahada yangu chuoni na ndoto ya kuwa mhandisi wa programu na hatimaye kuwa mwanzilishi katika taaluma yangu.

Ingawa sikuwa mchangiaji mkubwa katika AngelBotics kutokana na mzigo wangu wa masomo na mwinuko wa kujifunza, bado ilizusha shauku ya maisha yote kwa roboti. Kwa hivyo nilipoanza chuo, nilikuwa nimeamua kujiunga na klabu ya roboti ya chuo na siku moja kujenga kampuni itakayetatua matatizo ya ulimwengu wa kweli kwa roboti.

Shule ya Mines

Baada ya kuhitimu kutoka East High School, nilianza Shahada ya kwanza katika Sayansi ya Kompyuta katika Colorado School of Mines (2018-2022). Katika muhula wangu wa kwanza kabisa, nilitazama klabu za roboti za Mines na kugundua kikundi kipya cha roboti kilichoitwa AgBot.

AgBot ilikuwa klabu mpya ya roboti iliyoanzishwa kwa lengo la kujenga roboti kushindana katika 2019 agBots Weed and Feed Competition. Shindano hili lilikuwa na changamoto kuu mbili:

Utambuzi na Kuondoa Wadudu na Matunda ya Mavuno
Kuunda Mbinu Mpya za Kuvuna Kupitia Roboti

Timu yetu ilichagua kuzingatia changamoto ya kwanza. Ilikuwa mara ya kwanza kwa Mines kuingia shindano la agBot, na ilikuwa mara ya kwanza klabu ya roboti ya Mines kufanya kazi juu ya kitu chochote kinachohusiana na kilimo. Hilo lilifanya yote hisike kufurika.

Nilivutiwa mara moja na mradi huo. Familia yangu walikuwa wakulima nchini Uturuki kwa vizazi, hadi kizazi cha baba yangu. Kwa hivyo AgBot ilihisi kuwa karibu na nyumbani zaidi ikihusisha shauku yangu ya roboti na programu. Wazo la kujenga roboti ambalo lingeweza kuwasaidia wakulima kama mababu zangu lilikuwa la kusisimua sana.

Maendeleo

Kuwa sehemu ya timu ya AgBot ni moja ya uzoefu wa chuo niliokumbuka zaidi. Ilikuwa pia moja ya mambo magumu ambayo nilifanyia kazi hadi wakati huo. Mradi huu ulikuwa mara ya kwanza nilipopenya kwa undani kwenye Python, Ubuntu, na ROS. Katika FRC, kila kitu kilikuwa kwa Java, hivyo hii ilikuwa eneo jipya kwangu. Nilikuwa nimetumia Python na Ubuntu hapo awali, lakini sikuwa nimegusa ROS. Kujifunza jinsi ROS inavyofanya kazi ilikuwa mapambano makali. Hata sikuwa najua ni mazingira gani ya Python wakati huo.

Nilitumia muda mwingi nikijaribu kupata Lidar ili itumie data inayoweza kutumika ndani ya nodi ya ROS niliyokuwa nikiiandika. Kazi yangu ilikuwa kutekeleza ROS Node iitwayo end_detector ambayo ingeweza kugundua wakati roboti ilifikia mwisho wa safu ya mazao kwa kutumia data ya Lidar. Sasa inasikika rahisi, lakini wakati huo ilihisi kubwa.

Ilinichukua takriban wiki mbili za kutatua matatizo (debugging) kupata Lidar ikiongea na msimbo wangu. Msimbo mzima ulikuwa umeandikwa kwa C++ au Python, hasa Python. Hivyo, msimbo wangu ulikuwa Python tu kwa kazi hii. Mara ikafanya kazi, nilianza kujaribu mantiki kwa kutumia mifuleyo isiyopangwa ya mimea niliyopata kwenye kampasi. Ningetoka na kusogeza nguzo yenye Lidar kando yao na kuona kama msimbo ungeweza kusema tulipotoka mwisho. Baada ya mamia ya masaa na kutatua matatizo, hatimaye niliweza kufanya kila kitu kufanya kazi angalau katika mazingira yangu ya jaribio. Ilikuwa hadithi tofauti tulipojaribu kuunganisha kila kitu pamoja.

Muda wangu ulitumika sana kupata vifaa na programu zikinongeana. Mantiki halisi ya kugundua mwisho wa safu ilikuja pili. Lakini ilikuwa uzoefu mzuri wa kujifunza. Nilianzia kwa kuelewa ROS kwa kiwango kidogo hadi kuandika na kutatua matatizo ya nodes kwenye bodi ya Jetson na data ya Lidar ya moja kwa moja. Pia, wakati huo, nilibadilika kutoka kwa kugeuka kwa Java kama lugha yangu ya programu kwenda kutumia Python kama chaguo la msingi. Na, hadi 2025, sijawahi kutumia Java kwa miradi yangu au misimbo ya kazi kwa kweli.

Timu na Teknolojia

Tulikuwa tukikimbia Ubuntu 16.04 na ROS Kinetic na Python 2.7 kwenye Nvidia Jetson TX2 iliyounganishwa na Hokuyo URG 04LX UG01 Lidar. Tulikuwa na Arduino(zingine) kwa pembejeo za sensa kama vipimo vya umbali vya ultrasonic. Msimbo wetu ulisimamia utambuzi, urambazaji, udhibiti, na kupimia dawa. Unaweza kuona hazina hapa: GitHub Repo. Msimbo maalum niliouandika unaweza kupatikana katika end_detector.py. Hapa kuna orodha ya vifaa vinavyounda roboti:

Ubuntu 16.04 Xenial
ROS Kinetic Kame
Python 2.7
Nvidia Jetson TX2
Hokuyo URG-04LX-UG01 Lidar
Arduino Uno & Mega
DC Motors, Encoders, Motor Controllers, Betri, n.k.

Hatukuwa na timu kubwa, lakini majina machache yanashangaza:

Tyler alikuwa kiongozi na mwanzilishi wa klabu. Nilimuheshimu sana wakati huo na bado ninamheshimu leo. Zachary alikuwa kiongozi wa maendeleo ya programu kwa klabu na alinifundisha mengi kuhusu maendeleo ya programu na ROS ambayo nashukuru hadi leo.

Kulikuwa na wanachama wengine pia, kama Kevin Barnard na Amit Rotem. Lakini kwa huzuni siku kumbuki majina na mawasiliano ya wanachama wote wa asili kwani imekuwa zaidi ya miaka 5 tangu klabu ilipoisha.

Sehemu kubwa ya maendeleo ya roboti ilitokea mwishoni mwa wiki na mpaka usiku kuchelewa baada ya madarasa yetu mengi kukamilika. Kufanya shahada ya uhandisi na AgBot ilikuwa ngumu sana, lakini tulipitia.

Safari na Mgongano

Sehemu moja ya uzoefu huu nitakayokumbuka milele ilikuwa safari yenyewe. Shindano lilifanyika West Lafayette Indiana, karibu na kampasi ya Purdue University. Na shindano lote lilifanyika mara tu baada ya wiki ya mtihani kumalizika Mines, hivyo hatukuwa na muda wa kupona kutoka kwa wiki hiyo ya mateso.

Tulisafiri kutoka Golden Colorado hadi Indiana tukitumia lori la Tyler pia kusafirisha roboti na zana zetu zote. Kitu cha kuchekesha ingawa, ni kwamba tulianza safari kwa kweli siku moja tu kabla ya wiki ya mashindano. Tulipakia kila kitu tulichokuwa nacho, roboti, zana, betri, kompyuta, kila kitu, na tulisafiri kutoka Golden Colorado hadi West Lafayette Indiana. Hiyo ni safari ya masaa 18 kwa karatasi. Ilituchukua karibu masaa 20 au 22 kwa mujibu wa kujaza mafuta na mapumziko ya vyoo.

Tyler alienda kuendesha kila wakati, akiishi kwa vinywaji vya Coffee Monster. Mwandani mwingine wa timu, samahani nimesahau jina lake lakini yupo kwenye picha, alichukua nafasi yake wakati mwingine. Njiani, mvua ilianza kunyesha kwa nguvu. Tulilazimika kusimama katika vituo vya mafuta vilivyofungwa kwa bahati nasibu na kuchukua shemu ili kulinda roboti. Ilikuwa ya kificho, ilikuwa vurugu, ilikuwa roboti ya chuo. Kwa njia fulani, tuliifikia.

Tulipofika, tuliweka mwavuli wetu uwanjani na kuandaa zana zote. Nilizingatia kumaliza msimbo na kuupatia uendeshaji. Kwa sehemu kubwa ya shindano, tulikuwa tunafanya kazi hasa kwenye kutatua matatizo ya roboti yetu na kuipatia uendeshaji mzuri pia tukitazama ujenzi wa roboti za timu nyingine.

Je, Tulishinda?

Hapana

Tukiangalia nyuma, tulikuwa kundi la watoto tu wakijaribu kujenga kitu kilicho mbali sana na kiwango chetu cha uzoefu. Timu zingine zilikuwa katika kiwango tofauti kabisa. Baadhi zilikuwa kutoka kwa kampuni zinazoanza (startups). Baadhi zilikuwa kutoka maabara za utafiti. Baadhi zilikuwa na msaada wa kitaaluma kamili. Sisi tulikuwa kundi dogo la wanafunzi wa shahada ya kwanza tukifanya kazi usiku kucha, tukitumaini Python itabadilisha data ya Lidar kuwa kitu kinachofaa.

Roboti yetu ilikuwa na dosari. Ilikuwa ya kificho. Na ukweli, ilikua karibu kutotumika wakati tulifika shindano. Watu wengi katika timu walianza kuachana walipogundua huenda tusikamilishe kwa wakati. Baadhi hata hawakujitokeza. Mtihani ulikuwa umemalizika, roboti haikuwa tayari, na morali ilikuwa chini sana.

Lakini wachache kati yetu walidumu

Sikukata tamaa… Tyler hakukata tamaa… Na watu walioko kwenye picha, nao hawakukata tamaa!

Ingawa hatukushinda au hata kuwa na roboti iliyofanya kazi kikamilifu, singebadilisha uzoefu huo kwa chochote. Nilijifunza kuhusu ROS, kutatua matatizo ya vifaa, kujenga mifumo chini ya shinikizo, na nilijifunza kuhusu uaminifu. Nilitambua jinsi ilivyo muhimu kuona mambo hadi mwisho.

Tafakari, Hadi 2025

Baada ya msimu wa 2019, AgBot ilifunga duka. Hii ilikuwa kwa sababu kuu ya COVID kuanza karibu mwaka mmoja baadaye, ikasababisha vilabu vyote Mines kufungwa kwa miaka 1-2 na wakati dunia ilipoanza kurejea kwa “kawaida” nilikuwa nimehitimu.

Sasa ni mwaka 2025, na nikitazama nyuma kwa AgBot, ninaona ilianza yote kwangu. Ilinipa uzoefu wangu wa kwanza wa kweli na roboti na ilinifundisha jinsi ya kushirikiana na timu ya kiufundi. Ilinitia njia ambayo imeniletea fursa za ajabu.

Tangu wakati huo, nimefanya kazi kama mhandisi wa backend katika eBay, nikitumia huduma ambazo zinachukua mamilioni ya vipimo kote katika vituo vya data. Nilianzisha startup yangu ya kwanza iliyolenga kujenga upimaji wa uvamizi wa usalama wa mtandao uliokoautomatiki kwa kutumia AI. Nilisababisha Notify Cyber, ambayo ilifikia maelfu ya wageni. Nimeandika programu kwa ajili ya Docker, Kubernetes, Postgres, na miundombinu ya juu ya AI.

Lakini AgBot bado inasimama kama moja ya uzoefu bora zaidi maishani mwangu. Ilikuwa ya fujo, yenye msongo, na wakati mwingine ilihisi kuwa haiwezekani, lakini ilinifundisha zaidi kuliko darasa au mafunzo yoyote. Nilijifunza kwamba hata kama huna mpango mkamilifu au ufadhili wa kutosha au vifaa bora, bado unaweza kujenga kitu, kujifunza sana, na kukutana na watu wa kushangaza njiani.

Kwa kila mtu kutoka timu ya AgBot ya 2019, asanteni. Kwa safari ya barabarani ya 2019 ile, tarp tuliyochukua kwenye kituo cha mafuta kilichokuwa kilifungwa, na usiku wa kukosa usingizi, asanteni. Mlinienipatia uthubutu wa kufuatilia miradi mikubwa kwa kujiamini, bila kujali jinsi inavyoonekana haikuwezekana.

Rasilimali na Viungo

Mkusanyiko wa Picha

Timu ya AgBot ya Mines, Sisi

Roboti Yetu ya AgBot

Video/GIFs

Viwanja vya Mashindano

Timu Nyingine Katika Mashindano

FRC 1339 (2014-2017)

Picha Nyingine Nasibu