Hoe gaan robots de wereld veranderen? Een veelgestelde en nog onbeantwoorde vraag. We hebben immers geen glazen bol. Wat we wel weten is dat digitalisering en automatisering de wereld de afgelopen decennia enorm veranderd hebben. Op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) wordt dagelijks onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van slimme machines in de industrie en het dagelijks leven. Wetenschappers duiken in de technologie en studententeams gaan aan de slag met concrete oplossingen voor maatschappelijke problemen. In deze reeks lees je over de nieuwste robots, hun achtergrond en hun toekomstbeeld. Vandaag de tweede aflevering: impactbewuste manipulatie robots.
Vandaag besteld, morgen in huis. We raken eraan gewend dat pakketjes zo snel in huis zijn. Toch is het een logistieke uitdaging die door de groeiende vraag steeds complexer wordt. Een orderpickende robot is een oplossing. Er bestaan al robotarmen die spullen bijvoorbeeld kunnen verplaatsen. Maar dat is nog beperkt. Ze voeren één beweging of een set bewegingen continue op dezelfde manier uit. Om tijdwinst te behalen, moeten de huidige robotarmen aanzienlijk verbeteren. “Robots moeten meer menselijke vaardigheden hebben, zoals inschattingsvermogen en perceptie”, stelt Alessandro Saccon, assistent-professor aan de faculteit werktuigbouwkunde bij de TU/e.
Gooien
“Wij mensen doen vaak verschillende dingen tegelijk. Als we haast hebben, gooien we bijvoorbeeld in het voorbijgaan een doosje op tafel. We schatten in hoe groot en zwaar het is en weten op basis daarvan hoe hard we moeten gooien om het ongeveer op tafel te laten landen”, zegt Saccon. Deze vaardigheid wil de onderzoeker ook aan een robot leren. “Een robot kan dan objecten bijvoorbeeld op een lopende band gooien in plaats van heel voorzichtig neerleggen. Hij kan bovendien zelf inschatten met welke objecten hij op welke manier om moet gaan. Dat levert vijf tot tien procent tijdwinst op bij orderpicken”, zegt Saccon. Het optillen, verplaatsen, duwen of verschuiven van objecten wordt in de robotica ook wel manipulatie genoemd.
Een robot die zich meer bewust is van zijn omgeving en de materialen waar hij mee werkt, kan pakketjes bijvoorbeeld ook efficiënter inpakken. “Mensen kunnen hier en daar een beetje proppen om ervoor te zorgen dat iets in een bepaalde doos past. Robots kunnen dat soort dingen nu niet”, legt Saccon uit.
Sensoren en infrarood
Om de robot nieuwe vaardigheden aan te leren, moeten de onderzoekers eerst goed monitoren wat er gebeurt. Daarvoor gebruiken ze een bewegingsregistratiesysteem, een accurate infraroodcamera. “We plaatsen dan reflecterende bolletjes op objecten en op de robot. Zo kunnen we precies zien hoe alles beweegt en hoe de robot hiermee omgaat”, legt hij uit. “Van de verzamelde data maken we modellen. Op basis daarvan kan de robot leren hoe hij met bepaalde objecten om moet gaan. Hierdoor werkt hij steeds efficiënter.” De robot maakt hiervoor ook gebruik van verschillende sensoren om bijvoorbeeld te meten hoe zwaar een pakketje is. Saccon wil de robots via de modellen goed in de gaten houden. “Als de robot iets anders doet dan verwacht, wil je dat natuurlijk snel corrigeren. Zeker als het negatieve gevolgen kan hebben.”
De robot kan op basis van deze modellen en de ervaringen ook leren om zichzelf te corrigeren. “Als mens maak je soms ook een verkeerde inschatting. Stel je bent aan het rennen en ineens ligt er ijs op de weg. Dan voel je dat je voet wegschuift en corrigeer je je houding. Je stelt je verwachting over de omgeving bij en past je houding daarop aan”, zegt de onderzoeker. “Dat willen we de robot ook leren.” Saccon noemt dit effectbewuste manipulatie, de robot moet leren om te begrijpen en te voorspellen wat er gebeurt als hij contact heeft met een dynamische omgeving.
Drie scenario’s
De nieuwe technologieën geven een nieuwe dimensie aan de huidige robotarmen. Begin dit jaar is er een Europees onderzoeksproject, I.AM, gestart om dit verder uit te werken. Hierin werken verschillende universiteiten en bedrijven uit Duitsland, Zwitserland, Zweden en Frankrijk samen. “Alle partijen hebben een andere expertise om bij te dragen aan deze nieuwe robot”, zegt Saccon. Samen met onder andere Vanderlande hebben de onderzoekers drie scenario’s uitgezet waarin zij hun technologie willen valideren. “Als eerste willen we laten zien dat een robot objecten op een lopende band kan gooien. Dit zorgt voor tijdwinst in het proces”, begint hij.
“Daarna willen we kijken of de robot dozen kan vullen met spullen. Vanderlande en Smart Robotics, beiden partners in het Europese project, ontwikkelen daar software voor. Orders samenstellen is een van de toepassingen in de logistiek waar deze robot ingezet zou kunnen worden”, gaat hij verder. In het derde scenario werken de onderzoekers nog een andere toepassing uit. “Daarin willen we kijken hoe we dozen snel van een pallet kunnen halen. Nu worden daar grote machines voor ingezet en spelen mensen nog een grote rol in het proces. Het zou makkelijker zijn als twee kleinere robots dat zou kunnen doen.”
Toepassingen ontdekken
Met de uitkomsten van het project willen de Europese onderzoekers een roadmap maken om de technologie in de industrie te introduceren. “Delen van de software voor de nieuwe robots kunnen over een paar jaar al geïntegreerd worden in bestaande systemen”, stelt Saccon. “Zo kunnen we dat steeds verder uitbreiden.” Deze technologie is volgens hem nu nog een nieuw onderzoeksgebied. “Er wordt al veel onderzoek gedaan naar de beweging van robots als ze een object zachtjes vastgrijpen, de zogenaamde statische manipulatie. Er is niet veel bekend over dynamische manipulatie, wanneer robots doelbewust en met meer snelheid met objecten gooien. Ik verwacht dat dit de komende jaren snel zal groeien”, stelt hij. “We zullen steeds meer toepassingsgebieden ontdekken.”
Banen
Of de robot in verschillende sectoren banen gaat afpakken? Volgens Saccon valt dat mee. “We zien dat er veel vraag is naar mensen in de logistiek, bijvoorbeeld orderpickers. Maar er zijn niet veel mensen die dit werk willen doen. Hierdoor neemt de druk op bestaande werknemers alleen maar toe. Een robot zou dan een oplossing zijn”, zegt hij. De robot kan het werk van mensen ook verlichten. “Bijvoorbeeld op de luchthaven moeten mensen bij de bagageband veel zwaar en repetitief werk doen. Een robot zou dan kunnen helpen. De mensen kunnen dan ander, meer afwisselend werk doen.”
Saccon hoopt dat de technologie een verschil gaat maken in de industrie en de maatschappij. “Het is mooi om een technologie vanuit de universiteit in de praktijk te brengen. Daarmee kunnen we mensen helpen en zorgen voor economische vooruitgang.”
Nieuwsgierig geworden naar de andere bijzondere robots van het TU/e High Tech System Center? Lees hier de eerste aflevering.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
