Een revolutie in robotica: robots die als mensen interacteren

By Elcke Vels

Robots worden al lange tijd gebruikt in de auto-industrie en doen de laatste jaren hun intrede in nieuwe toepassingsgebieden zoals de logistiek. De huidige robots hebben echter nog veel beperkingen. Ze voeren meestal één handeling of een vaste reeks handelingen uit en herhalen deze telkens op dezelfde manier. Om robots te verbeteren, moeten ze meer op mensen gaan lijken. Denk bijvoorbeeld aan snelle interacties en ruimtelijk inzicht. We spraken met Alessandro Saccon, universitair hoofddocent nonlinear control and robotics aan de faculteit Werktuigbouwkunde van de TU/e. Onlangs rondde hij het I.AM-project af dat zich expliciet richt op het verbeteren van snelle fysieke interacties.

Waarom zijn impactbewuste robots zo belangrijk voor de mensheid?

“Bepaalde banen zijn vanuit veiligheids- of ergonomisch oogpunt niet bijzonder geschikt voor mensen. Als je bijvoorbeeld bagage van 20 kilo op luchthavens moet afhandelen of in een kerncentrale moet werken, kun je beter voor een machine kiezen. Ook zijn er plannen om dit soort robots de ruimte in te sturen. In vergelijking met ons hebben robots echter nog steeds een statische interactie met hun omgeving: ze kunnen lang niet alle taken uitvoeren, of ze doen dat heel graag. Daarom wilden we impactbewuste robots ontwikkelen. Dat betekent dat een robot moet leren voorspellen en reageren op wat er gebeurt als deze in contact komt met zware voorwerpen.”

Wat maakt deze robots anders dan de traditionele robots?

“Traditionele robots zijn niet ontworpen om dynamisch te interageren met hun omgeving; snel contact maken met de omgeving wordt over het algemeen koste wat het kost vermeden. Wij richtten ons juist op de interactie met de omgeving. We onderzochten hoe robots bijvoorbeeld zware objecten snel kunnen oppakken en er tegelijkertijd voor kunnen zorgen dat de uitvoering van dit soort bewegingen betrouwbaar blijft, ondanks verstoringen en onnauwkeurigheden in de waarneming. Een voorwerp kan zwaarder zijn dan de robot had verwacht, of de robot gaat ervan uit dat een voorwerp zich op een bepaalde plek bevindt, maar zit er net iets naast. Hoe maak je deze bewegingen robuust ondanks dergelijke onzekerheden? Dat is een van de dingen die we grondig hebben onderzocht.”

Wat waren de belangrijkste activiteiten in jullie project?

“We richtten ons op natuurkundige berekeningen; denk bijvoorbeeld aan basisconcepten zoals massa en wrijving. Ook ontwikkelden we softwaresimulaties om discrepanties tussen wiskundige modellen en gebeurtenissen in de echte wereld te identificeren. Het is een cyclus waarbij je een algoritme ontwikkelt en implementeert in een simulatie, de resultaten evalueert en vervolgens vergelijkt met de echte wereld.”

Rapport: markt voor robots voor metaalproductie verdrievoudigt tegen 2030

De wereldwijde vraag naar robots voor metaalproductie zal naar verwachting stijgen van 101.700 eenheden in 2023 tot 319.000 eenheden in 2030.

Wat heb je tijdens dit project ontdekt?

“We ontdekten hoe we een robot betrouwbaar en snel een zwaar voorwerp kunnen laten grijpen met twee armen, door een nieuw algoritme te ontwikkelen. We begrijpen nu ook beter hoe we softwaresimulaties kunnen gebruiken om voorspellingen te doen.

Ook ben ik erachter gekomen dat complexe bewegingen en ruimtelijke perceptie juist heel natuurlijk zijn voor mensen. Wij academische onderzoekers werken hard aan de ontwikkeling van hardware, ruimtelijke waarneming en planning – met name het vermogen om de omgeving in realtime te begrijpen. Dit is een van de grote uitdagingen in de moderne robotica. Mensen nemen automatisch hun omgeving waar, maar hoe dat precies zit, weten we niet.”

Waren er ook bedrijven betrokken bij dit project?

Ja, een van onze partners was VanderLande, een internationaal opererende onderneming die transportsystemen voor interne logistiek levert. Dit Nederlandse bedrijf is bijvoorbeeld actief op luchthavens en bij pakketverwerking. Zij leverden veel inzicht in de zogenaamde “pijnpunten” in de markt. We hadden een gedeeld lab op de TU/e-campus, waar we nauw met elkaar samenwerkten en praktijkgericht onderzoek deden. Studenten en onderzoekers vonden het geweldig. We richtten ons bijvoorbeeld op vergelijkingen tussen simulaties en de praktijk en ontwikkelden nieuwe modellen van zuiggrijpers.”

Zou je zeggen dat Nederland gespecialiseerd is in robotica?

“Nederland maakt zeker grote stappen als het gaat om robotica. Het land staat al lang bekend om zijn bijdrage aan medische robotica, bijvoorbeeld. Ik denk dat we met het zojuist afgeronde project, en de internationale samenwerkingen die daarbij kwamen kijken, veel vooruitgang hebben geboekt op het gebied van impactbewuste robotica. Het is mooi om te te zien dat we erkenning krijgen hiervoor, bijvoorbeeld in recente publicates.”

Het project zit erop. Hoe ziet de toekomst eruit voor jou?

“Ik ga door met het onderzoeken en verkennen van nieuwe mogelijkheden, denk bijvoorbeeld aan het ophalen van nationale en Europese financiering. Ik zit eraan te denken om vervolgprojecten op te starten waarbij we ons richten op onbeantwoorde vragen over planning en perceptie. Ik sta ook nog steeds in nauw contact met lokale en internationale bedrijven om samenwerkingen te onderzoeken. Verschillende studenten die bij het project betrokken waren – het zijn echte helden! – hebben inmiddels een baan gevonden bij de bedrijven die deelnamen aan het project. Het gaat dus de goede kant op. Ik ben zeer benieuwd wat de toekomst brengt.”