- Vierbenige robot ANYmal werkt autonoom
- Zijn cyborg-kakkerlakken de toekomst van zoek- en reddingsmissies?
- Robotroofvogel helpt veiligheid op en rond luchthavens te optimaliseren
- Zwermrobots bouwen zelfstandig ondergrondse tunnel
- Slangachtige robot optimaliseert inspectie van ondergrondse infrastructuur
Als je in de toekomst een bouw- of inspectielocatie bezoekt, krijg je waarschijnlijk het gevoel alsof je een high-tech dierentuin binnenloopt. In plaats van de gebruikelijke ploeg van bouwvakkers en zwaar materieel zie je dan robotdieren aan het werk. Elk van deze dieren is ontwikkeld om bepaalde klussen te klaren, en dat doen ze beter en preciezer dan ooit. In de toekomst zullen deze innovatieve machines een hoop sectoren op hun kop zetten, niet alleen de bouw, maar ook inspectie, onderhoud en zelfs zoek- en reddingswerk. Dankzij deze robots kan alles sneller, veiliger en efficiënter, of het nu om grote of kleine projecten gaat. Door nieuwe ontwikkelingen in de robotica en kunstmatige intelligentie kunnen we nu gespecialiseerde robots maken die net zo veelzijdig en behendig zijn als echte dieren. Het grote verschil met gewone robots is dat deze robotdieren in complexe omgevingen zelfstandig hun weg kunnen vinden en zich aan veranderende omstandigheden kunnen aanpassen.
Deze machines kunnen op plekken komen waar het voor mensen gevaarlijk of onmogelijk is, waardoor de kans op ongelukken en verwondingen afneemt. Robotdieren zijn overigens ontworpen om met mensen samen te werken, niet om ze helemaal te vervangen. Sterker nog, als robots de herhalende en arbeidsintensieve taken op zich nemen, kunnen mensen zich meer bezighouden met de creatievere en complexere aspecten van projecten. Deze samenwerking verhoogt niet alleen de productiviteit, maar helpt ook om het groeiende personeelstekort in verschillende sectoren tegen te gaan. En omdat de techniek achter robotdieren steeds beter wordt, zijn de mogelijkheden om ze in te zetten bijna eindeloos. Dus mocht je binnenkort een bouwplaats, inspectielocatie of fabriek bezoeken, kijk dan niet raar op als je zowel menselijke werknemers als robotdieren tegenkomt. In dit artikel nemen we je mee langs een aantal van de meest boeiende en recente ontwikkelingen op dit gebied.
Vierbenige robot ANYmal werkt autonoom
Stel je een scenario voor waarin we in plaats van mensen robots naar gevaarlijke omgevingen sturen om belangrijke taken uit te voeren. Robots als ANYmal, bijvoorbeeld, een vierbenige robot ontwikkeld door onderzoekers van de ETH Zurich Universiteit in Zwitserland. Deze robot kan zelfstandig te werk gaan en is bovendien zeer flexibel, waardoor hij op veel verschillende manieren ingezet kan worden. Wat ANYmal dus onderscheidt van andere robots, is zijn vermogen om autonoom door de complexe echte wereld te navigeren. In tegenstelling tot de meeste machines, die in gecontroleerde omgevingen leren lopen, is ANYmal getraind om in het veld zelf obstakels te omzeilen en uitdagingen aan te gaan. Fabian Jenelten, hoogleraar robotica aan de ETH Zurich en hoofdauteur van het onderzoek, legt uit: “We hebben uitdagende omgevingen nagebootst die bijvoorbeeld lijken op plekken waar natuurrampen hebben plaatsgevonden, waar puin kan afbrokkelen als je erop stapt, en op bouwterreinen met olieachtige en gladde oppervlakken”. Op speciaal ontworpen terreinen van meer dan 76.000 vierkante meter heeft de robot laten zien wat hij allemaal in zijn mars heeft. Zo loopt hij over smalle balken, kan hij traplopen, en beweegt hij zich behendig over ruwe en glibberige ondergronden voort.
Een van de meest opvallende kenmerken van ANYmal is dus zijn vermogen om autonoom te werk te gaan. Hij kan beslissingen nemen en zich aanpassen aan zijn omgeving zonder voortdurend menselijk ingrijpen. De robot heeft camera’s, sensoren, gyroscopen en Lidar (lichtdetectie- en afstandssensoren) aan boord, waardoor hij zijn omgeving kan waarnemen, afstanden kan meten, routekaarten kan maken en zelfs gaslekken kan detecteren. Dit niveau van autonomie is erg waardevol in sectoren waar de veiligheid van de mens voorop staat, zoals op bouwplaatsen of in rampgebieden. De makers van ANYmal hebben traditionele methoden voor nauwkeurige bewegingen met geavanceerde deep learning-technieken gecombineerd, waardoor de robot nu op allerlei soorten terreinen indrukwekkende prestaties kan leveren. Dankzij deze aanpak beschikt ANYmal nu over proprioceptie — het vermogen om de positie, beweging en acties van de eigen lichaamsdelen waar te nemen, net als mensen en dieren. Met zijn indrukwekkende capaciteiten en aanpassingsvermogen laat ANYmal zien hoe robotica verschillende sectoren een enorme boost kan geven en de efficiëntie, veiligheid en productiviteit op allerlei vlakken kan verhogen.
Zijn cyborg-kakkerlakken de toekomst van zoek- en reddingsmissies?
Bij het lokaliseren en redden van overlevenden die na natuurrampen onder het puin bedolven liggen, telt elke seconde. De recent ontwikkelde cyborg-kakkerlak kan hierbij waardevolle hulp bieden en is daardoor een potentiële gamechanger voor zoek- en reddingsmissies. Deze biorobots zijn gecreëerd door Hirotaka Sato, een ingenieur aan de Nanyang Technological University in Singapore, door de natuurlijke capaciteiten van de sissende kakkerlak — een kakkerlaksoort uit Madagascar — met geavanceerde technologie te combineren. Hoewel de cyborg-kakkerlakken in eerste instantie ontworpen zijn voor zoek- en reddingsacties, kunnen ze ook ingezet worden in diverse andere sectoren en bij inspectie- of onderhoudswerkzaamheden. Sato’s inspiratie voor dit project kwam voort uit de verwoestende aardbeving in Japan in 2011, waarbij meer dan 18.000 mensen om het leven kwamen. Hij stelde zich een zwerm cyborg-insecten met sensoren en zenders voor, die door het puin navigeren om overlevenden op te sporen. Sato vertelt: “We maken gebruik van het natuurlijke gedrag van het insect. Door tastsensoren of spieren aan weerszijden van het lichaam van de kakkerlak te stimuleren, kunnen we het van richting laten veranderen”. Zo kunnen we de cyborg-kakkerlakken zowel door menselijke operators op afstand laten besturen of ze met behulp van ingebouwde computers en infraroodcamera’s autonoom laten navigeren.
Hoewel er voor vergelijkbare doeleinden ook kleine, volledig synthetische robots worden ontwikkeld, hebben cyborg-insecten qua operationele tijd een aanzienlijk voordeel. Zoals Sato opmerkt, kunnen kunstmatige robots als gevolg van hun kleine batterijen — die zowel de voortbeweging als de lading moeten aandrijven — maar enkele minuten bewegen. Cyborg-kakkerlakken produceren daarentegen zelf hun energiebehoefte door te eten en te drinken. Hierdoor kan de capaciteit van de kleine ingebouwde batterijen volledig benut worden voor visie, communicatie en navigatiesystemen. Het feit dat ze door nauwe ruimtes kunnen navigeren en langdurig kunnen opereren, genereert bovendien waardevolle inzichten op het gebied van de veiligheid en efficiëntie van bouwplaatsen en andere potentieel gevaarlijke zones.
“De manier waarop vogels op de RobotFalcon reageren is vergelijkbaar met hun reactie op een echte valk. Ze lijken geen onderscheid te maken”.
Professor Charlotte Hemelrijk, Rijksuniversiteit Groningen
Robotroofvogel helpt veiligheid op en rond luchthavens te optimaliseren
Vogels vormen in veel landen een aanzienlijke bedreiging voor het vliegverkeer. Vogelaanvaringen kosten de luchtvaart jaarlijks miljarden en eisen het leven van talloze vogels. Een baanbrekende innovatie, de RobotFalcon — een robotische slechtvalk — belooft hier echter verandering in te brengen. Deze robot, ontwikkeld door onderzoekers aan de Rijksuniversiteit Groningen, is een natuurgetrouwe imitatie van de echte valk en kan de aanpak van vogelafschrikking op en rond luchthavens voorgoed veranderen. De RobotFalcon heeft een romp van fiberglas en koolstofvezel en is zo beschilderd dat hij precies op een echte slechtvalk lijkt. Hij is speciaal ontworpen om zwermen vogels uit de vliegpaden van luchthavens te verjagen en wordt aangedreven door twee kleine, door batterijen gevoede propellers op de vleugels. Hierdoor kan hij snelheden tot 48 kilometer per uur bereiken en 15 minuten lang in de lucht blijven. De valk wordt op afstand door een menselijke operator bestuurd.
De onderzoekers hebben de RobotFalcon uitgebreid getest in het veld. Uit deze tests blijkt dat de robot veel effectiever is in het verjagen van vogels en het langdurig vrijhouden van terreinen dan conventionele afschrikkingsmethoden. Daarbij wordt onder andere gebruikgemaakt van pyrotechniek, zoals het afvuren van vogelafweerpistolen en vuurpijlen, en het afspelen van noodkreten waardoor vogels op de vlucht slaan. Opvallend is dat de vogels bij confrontaties met de RobotFalcon vaker gedrag vertoonden dat hoort bij het ontsnappen aan roofdieren dan wanneer ze geconfronteerd werden met een conventionele drone. Professor Charlotte Hemelrijk van de Rijksuniversiteit Groningen zegt: “De manier waarop vogels op de RobotFalcon reageren is vergelijkbaar met hun reactie op een echte valk. Ze lijken geen onderscheid te maken”.
Hoewel de RobotFalcon ontwikkeld is om de veiligheid op luchthavens te verbeteren, reiken de mogelijke toepassingen van deze technologie veel verder dan alleen de luchtvaartindustrie. In sectoren als de landbouw, bouw en zelfs natuurbescherming kan deze innovatieve technologie bijvoorbeeld aangepast worden voor toepassingen bij gewassen, op bouwterreinen of in kwetsbare ecologische gebieden. De RobotFalcon kan dus voorkomen dat vogels kritieke infrastructuur of ecosystemen verstoren, waardoor schade en kosten worden beperkt en zowel menselijke activiteiten als wilde dierenpopulaties worden beschermd. Door inspiratie op te doen in de natuur en gebruik te maken van moderne robotica, kunnen we duurzame oplossingen bedenken die veiligheid, efficiëntie en ecologische balans vooropstellen.
Met behulp van zwermconstructiemethoden op basis van een digital twin van de tunnel, dringt een vloot ‘hyperBot’ robots via een boog van HDPE-buizen de grond binnen. Eenmaal binnen printen de robots de tunnelstructuur in 3D door bouwmateriaal direct in de grond aan te brengen”.
HyperTunnel
Zwermrobots bouwen zelfstandig ondergrondse tunnel
Zwermrobotica, een concept dat gebaseerd is op het collectieve gedrag van bijvoorbeeld vogels, vissen of insecten, belooft een transformatie teweeg te brengen in de bouwsector. Bij deze innovatieve benadering werkt een groep robots autonoom samen, waarbij ze communiceren en hun inspanningen op elkaar afstemmen om een gemeenschappelijk doel te bereiken. Het Britse bedrijf HyperTunnel heeft onlangs veel belangstelling gewekt met de presentatie van ’s werelds eerste volledig door robots gebouwde tunnel, wat de potentie van deze geavanceerde technologie benadrukt. De tunnel werd gebouwd in de R&D-faciliteit van het bedrijf in de North Hampshire Downs in het Verenigd Koninkrijk. “Met behulp van zwermconstructiemethoden op basis van een digital twin van de tunnel, dringt een vloot ‘hyperBot’-robots via een boog van HDPE-buizen de grond binnen”, aldus een woordvoerder van HyperTunnel. “Eenmaal binnen printen de robots de tunnelstructuur in 3D door bouwmateriaal direct in de grond aan te brengen”.
Dankzij het HyperTunnel-project wordt duidelijk dat zwermrobotica een enorm potentieel heeft in de bouwsector, vooral bij risicovolle activiteiten als tunnelbouw. Doordat zwermrobots autonoom navigeren, collectief beslissingen nemen en zich ruimtelijk kunnen organiseren, hoeven menselijke arbeiders zich niet langer in gevaarlijke situaties te begeven. Zwermrobotica kan ook de realisatie van diverse andere structuren die traditioneel moeilijk te bouwen zijn voor mensen aanzienlijk verbeteren. De grootschalige toepassing van deze technologie kent echter ook uitdagingen, met name vanwege de hoge kosten van sensoren, motoren en verwerkingssoftware. In dit vroege ontwikkelingsstadium is ook duidelijk geworden dat betrouwbare en veilige communicatie binnen zwermen nog altijd een uitdaging is. Als dit niet op de juiste manier wordt aangepakt, kan dit leiden tot crashes en storingen. Het succes van het HyperTunnel-project bewijst echter dat de inzet van zwermrobotica in de praktijk niet alleen haalbaar is maar ook meer efficiëntie en kostenbesparingen mogelijk maakt. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt en de uitdagingen met betrekking tot communicatie opgelost zijn, kunnen we zwermrobotica in de toekomst in steeds meer sectoren toepassen.
Slangachtige robot optimaliseert inspectie van ondergrondse infrastructuur
Het onderhouden en inspecteren van ondergrondse infrastructuur is vaak een uitdagende klus die veel verstoringen veroorzaakt. Maar nu is er een baanbrekende innovatie die hier verandering in brengt: de Soryu-C: een slangachtige robot die speciaal door het Japanse bedrijf Hibot ontwikkeld is voor het inspecteren van moeilijk bereikbare ondergrondse faciliteiten. Het Italiaanse energiebedrijf A2A, exploitant van stadsverwarmingsinstallaties, heeft de Soryu-C onlangs in de Noord-Italiaanse stad Brescia ingezet om ondergrondse stoomleidingen te inspecteren. Dankzij het unieke ontwerp kan de robot door krappe ruimtes navigeren en op plekken komen waar ondergrondse leidingen anders nauwelijks toegankelijk zijn. Het is niet verwonderlijk dat deze technologie nu al een aanzienlijke impact heeft. Voorheen moesten ondergrondse leidingen worden geïnspecteerd door gaten te graven in de straten, wat voor veel overlast zorgde in het verkeer en weken werk kostte — van de inspectie zelf tot het herstel van het wegdek. Met Soryu-C kon A2A echter rechtstreeks vanuit de bestaande mangaten bij de leidingen komen. Dat bespaart tijd en geld, en minimaliseert de ongemakken voor het publiek.
A2A, een nutsbedrijf dat in Italië en Griekenland diverse diensten levert, zoals energie en gas, heeft te maken met een uitgebreid netwerk van ondergrondse leidingen in verwarmingsdistricten. Deze liggen vaak in krappe ruimtes en strekken zich kilometers onder de steden uit. De hoge kosten en logistieke uitdagingen die met het afsluiten van straten en onderbreking van verwarmingsdiensten gepaard gaan, hebben het onderhoud van deze cruciale infrastructuur altijd lastig gemaakt. Met Soryu-C heeft A2A niet alleen de inspecties van hun ondergrondse warmte-infrastructuur een stuk efficiënter gemaakt, maar ook een bijdrage geleverd aan verduurzaming in de sector. Deze slimme slangachtige robot is namelijk perfect in staat om moeilijk bereikbare, ondergrondse leidingen in kaart te brengen, wat Soryu-C niet alleen voor nutsbedrijven een waardevolle tool maakt, maar ook voor andere industrieën waar ondergrondse infrastructuur cruciaal is, zoals de bouw, de energiesector en de telecomsector. Terwijl de wereld worstelt met het onderhoud en de vernieuwing van oude infrastructuur, laten technologieën als Soryu-C zien hoe dat in de toekomst efficiënter, minder verstorend en milieuvriendelijker kan.
Een laatste overweging
In dit artikel hebben we gezien hoe robotdieren een gamechanger kunnen worden in allerlei sectoren. Zo kunnen ze ingezet worden in de bouwsector, maar ook voor inspectie- en reddingswerkzaamheden. Deze innovatieve machines met hun geavanceerde mogelijkheden tonen duidelijk de enorme potentie van bio-geïnspireerde robotica. Niet alleen om complexe uitdagingen aan te pakken, maar ook om de efficiëntie, veiligheid en duurzaamheid flink te verbeteren. Kijkend naar de toekomst, zal de verdere ontwikkeling van dit soort robotdieren zich waarschijnlijk richten op het vergroten van hun zelfstandigheid, aanpassingsvermogen en samenwerkingsvaardigheden. Ook de zintuiglijke systemen, beslissingsalgorithmes en communicatienetwerken van deze robots zullen steeds verder verfijnd worden, waardoor ze naadloos met menselijke teams en andere machines kunnen samenwerken.
In de toekomst zullen we steeds vaker robotdieren tegenkomen die taken op zich nemen die voor mensen te gevaarlijk, te moeilijk of te tijdrovend zijn. Bovendien zal de toepassing van robotdieren ook ontwikkelingen in aanverwante vakgebieden versnellen. Denk aan kunstmatige intelligentie, materiaalkunde en energieopslag. De verdere ontwikkeling van efficiëntere en duurzamere componenten, in combinatie met geavanceerde AI-systemen, zal de mogelijkheden en toepassingen van deze machines nog verder vergroten. Onze toekomst met robotdieren is veelbelovend maar kent tegelijkertijd ook de nodige uitdagingen. Het is dan ook belangrijk om ervoor te zorgen dat deze technologie te allen tijde in het teken staat van ethiek, duurzaamheid en welzijn van mens en milieu. Door de kracht van bio-geïnspireerde robotica op een verantwoorde en creatieve manier aan te boren, kunnen we bouwen aan een betere toekomst voor iedereen.