Dinsdag 12/11/2019

Technologie

De opmars van robotdieren is niet meer te stoppen, en maar goed ook

Cybervogel Robird is klaar om zijn vleugels uit te slaan. Beeld Adrie Mouthaan

Ineens komen allerlei technieken samen en verschijnen er robotdieren die net zo soepel vliegen, zwemmen en rennen als de echte vogels, vissen en honden. Wat er al is in het cyber­dierenrijk, en wat je ermee kunt.

Wat zouden ze gedacht hebben, de vlaggen­baarsjes en papegaai­vissen, die ineens die vreemdeling over het koraal zagen zwemmen? SoFi heet de nieuwe soort, een afkorting voor Soft Robotic Fish. En hoewel er nog maar één exemplaar van een halve meter lang te bewonderen valt in de oceanen, evolueert het dier in sneltempo.

Eerste generatie, vier jaar geleden: zwemt vooral rechtdoor, kan maar op één diepte vertoeven. Tweede generatie: zwemt een voor­geprogrammeerde route, nog steeds moeite met de druk op dieptes van meer dan een meter.

Maar dan nu de derde generatie, wederom van de robot­bouwers van het Massachusetts Institute of Technology (VS). Dankzij een ingebouwde tank met samen­geperste lucht kan SoFi haar drijf­vermogen aanpassen en zo diepten van 18 meter halen. Een duiker zwemt vanaf een afstandje mee, met in de hand de omgebouwde water­dichte controller van een oude spel­computer. Links, rechts, boven, onder, sneller, langzamer; de duiker verstuurt via geluids­golven commando’s door het water die de vis binnen­krijgt op een ontvanger achter de kop. Robot­bouwer Robert Katzschmann en zijn collega’s dromen al van diverse toepassingen, zoals onder­water­observaties voor biologen, inspecties van kleine ruimtes, patrouilleren van beschermde wateren en het opsporen van vervuilers.

SoFi, de robot­vis van het Massachusetts Institute of Technology, duikt tot 18 meter diep. Beeld rv

De filmpjes van SoFi in actie gingen onlangs de wereld rond en mochten rekenen op veel bewonderende oh’s en ah’s. Een robot die haast zo sierlijk beweegt als de ontwerpen van Moeder Natuur zelf, het spreekt enorm tot de verbeelding, blijkt ook uit de reacties op andere robot­achtige dieren die de afgelopen jaren hun debuut maakten.

Zoals de gracieuze Mantadroid van de universiteit van Singapore; een elektrische rog die op één batterij tien uur lang door turbulent water kan zwemmen. De slimme cyber­slang van de Amerikaanse Carnegie Mellon University, die vorig jaar werd ingezet om al kronkelend tussen brok­stukken te zoeken naar overlevers van een aardbeving in Mexico. Octobot van Harvard University, gemaakt met een 3D-printer en opgebouwd uit louter zachte materialen. Of de robot­honden van Boston Dynamics, die met hun baasje een rondje kunnen joggen door het park. Komt er een trap aan? Geen probleem, die neemt de robot­hond ook met gemak.

Souplesse

Waarom is het zo bijzonder dat machines dit kunnen? De bekende robot­bouwer Marc Raibert van Boston Dynamics (VS) legde dit uit door bij zijn toespraak op het ideeën­platform TED zijn armen te spreiden en te zeggen: “Kijk, ik balanceer op twee benen.”

Het publiek reageert niet.

“Ik zie dat u niet onder de indruk bent”, zegt Raibert, en gaat op één been staan. “En nu?” Daarna begint Raibert van links naar rechts te hinkelen. Ondertussen legt hij uit dat hij toch de hele zaal goed kan blijven zien, en desgewenst kan focussen op één toeschouwer, terwijl hij ook nog eens met z’n hand de afstands­bediening van zijn dia­show zou kunnen bedienen.

Een koud kunstje voor een mens. En ook in het dieren­rijk zijn eindeloos veel indruk­wekkende voorbeelden te vinden van dynamische balans (berg­geiten die de helling op schieten), inter­actie met de omgeving (een zwerm spreeuwen die van boom naar boom vliegen zonder met elkaar te botsen) en manipuleren van de omgeving (bevers die een dam bouwen, honden die een weg­gegooide tennis­bal terug­brengen).

Maar voor niet-natuurlijke wezens was die mate van souplesse en subtiliteit lange tijd volstrekt onhaalbaar.

Spot, de wereld­beroemde cyber­hond van de Amerikaanse robot­bouwer Boston Dynamics. Beeld rv

Tot nu. Ineens komt alles samen. Licht­gewicht materialen die robots van hun lomp­heid verlossen, accu’s die zo lang meegaan dat de robot niet al na één kunstje uitgeteld neervalt, kleine camera’s die de omgeving in stereo registreren zodat de robot diepte kan waarnemen, een lichaam vol­gepompt met razend­snelle processoren om al die informatie te verwerken en met motortjes om te zetten in de juiste commando’s om het nieuwe terrein soepel te kunnen trotseren.

Flexibiliteit, ook zo’n eigenschap die onbereikbaar leek voor robots. Maar kijk naar Spot, de cyber­hond van de Amerikaanse robot­bouwer Boston Dynamics. Geef ’m een schop en de robot balanceert zoals een echte hond zou doen: poten die razend­snel schuifelen over de grond, het lichaam dat wringt en kantelt en dan als een springveer weer fier rechtop staat. Wie de filmpjes ziet, krijgt bijna medelijden met Spot, zó natuurlijk zijn de bewegingen van het opkrabbelende dier. (‘Ik werd heel verdrietig toen de hond een schop kreeg’, schrijft iemand in het commentaar op YouTube. En: ‘Spot gaat nog een keer wraak nemen voor die trap...’)

Vogelschrik

Toepassingen van al die robotdieren? Wie ziet wat ze nu al kunnen, en die lijn doortrekt naar de toekomst, ziet net als Boston Dynamics-oprichter Raibert een wereld aan mogelijkheden: van het zorgen voor ouderen tot het bezorgen van pizza’s. Ook defensie heeft interesse. Denk aan spionage­vliegjes vol camera’s en sensoren, of een robotvis die een vijandelijk schip onopvallend kan naderen.

De meeste robot­dieren bevinden zich nog in het stadium van prototype; vooral bedoeld om in het lab te onderzoeken wat de mogelijkheden zijn. Toch zijn er ook al robot­dieren die echt aan het werk zijn. Neem Robird, mede ontwikkeld aan de TU Twente en nu commercieel ingezet door Clear Flight Solutions. Deze cyber­vogel lijkt op een valk en veel vogel­soorten die overlast geven, zijn van nature bang voor deze valken.

Meeuwen, kraaien, raven; ze zijn allemaal gek op het vuil­stort en andere plekken om afval te verwerken. Eten in overvloed, net als materiaal om een nest te bouwen. Tegelijkertijd zijn de dieren juist op die plekken niet welkom. Het personeel kan zijn werk niet goed doen als ze omsingeld zijn door agressieve vogels en de dieren zelf kunnen ziek worden van het eten van afval.

Robird lijkt op een valk en wordt onder meer ingezet om vogels van vliegvelden te verjagen. Beeld Adrie Mouthaan

Maar hoe die dieren daar wegkrijgen? De Neder­landse afval­verwerker Twence ontdekte dat de vogels steeds minder reageerden op het traditionele arsenaal aan afschrik­methoden, zoals knallen en licht­flitsen. Maar voor Robird waren ze wél bang, bleek bij test­vluchten. Door de robot­vogel aan het begin van het broed­seizoen te laten vliegen, ging een aanzienlijk deel van de vogels zich elders vestigen.

Maar zou je zoiets niet ook kunnen bereiken met de gemiddelde drone uit de speelgoed­winkel? “Absoluut niet”, zegt Nico Nijenhuis, directeur van Clear Flight Solutions. “We doen ook veel aan lucht­observatie met gewone drones en daar schrikken vogels niet van. Ja, misschien in het begin als je recht op een vogel af zou vliegen met de drone. Maar daarna komen ze gewoon weer terug. Terwijl de aanblik van zo’n roofvogel... het zit diep in hun evolutionaire systeem om daar bij uit de buurt te blijven.”

Robot beslist zelf

Clear Flight Solutions, opgericht in 2012, laat zijn robot­vogels inmiddels overal ter wereld uitvliegen om vogels te verjagen. Zoals bij lucht­havens om botsingen te voorkomen en bij giftige water­poelen in Canada bij olie- en gas­winning om te voorkomen dat de dieren besmeurd raken.

“We begonnen ooit met subsidies, maar kunnen nu zelf het hoofd boven water houden. Vorig jaar gingen we door het break-even­point.”

Nu wordt Robird nog bestuurd door een mens met een afstands­bediening, maar Nijenhuis wil de robot­valk steeds zelfstandiger laten maken. “Dat de vogel zelf beslist wanneer hij opstijgt, zelf beslist waar hij naartoe vliegt.”

Nijenhuis en zijn collega’s kijken ondertussen met grote interesse naar de ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige intelligentie. Daarbij geef je software rand­voor­waarden mee en laat je de programmatuur vervolgens met vallen en opstaan zelf ontdekken wat de beste oplossing is.

“In het geval van de robot­vogel leg je dan vast wat een succesvolle verjaag­actie is. Vervolgens gaat de vogel zelf van alles proberen om zo te ontdekken wat bij bepaalde vogel­soorten de beste strategie is. Het is een manier van leren die heel natuurlijk is. Een kind leert ook niet ineens lopen, het probeert van alles en ontdekt dan: hé, dit werkt het beste.”

Als een robot in het water

Ook de makers van SoFi, de robot­vis uit het begin van dit verhaal, zetten in op meer zelfstandigheid. “De duiker kan dan een missie plannen, in plaats van dat hij gedetailleerd moet sturen”, laat ontwerper Robert Katzschmann weten. Die missie is in het geval van SoFi niet het afschrikken van vissen, maar de dieren juist ongestoord verder laten leven tijdens onderwater­observaties. Bij de eerste tests ging dat al goed, aldus Katzschmann. “Sommige vissen zwommen mee met SoFi, anderen negeerden haar gewoon.”

Maar, eerlijk is eerlijk, iedereen die weleens gedoken heeft, weet dat je vissen vaak óók heel goed kunt zien als je er totaal niet uitziet als een vis. Lange ledematen, een dikke fles op de rug, een maf masker op je hoofd, dikke lucht­belletjes boven je hoofd; soms lijken vissen er zelfs ronduit nieuwsgierig naar.

De Nederlandse mariene bioloog Jens Odinga, woon­achtig op het Caribische eiland Saba, heeft veel ervaring met onder­water­onderzoek, bijvoorbeeld om de vis­populaties en de hoeveelheid bio­massa in kaart te brengen. Soms doet hij dat met camera’s, soms door satelliet­zenders te bevestigen op haaien, soms handmatig met een water­dicht score­bord en potlood.

“Naar mijn ervaring trekken vis­soorten zich nauwelijks iets aan van duikers, of ze wennen snel. Bepaalde soorten haaien zijn een ander verhaal, die lokken biologen vaak met aas om ze in de buurt van duikers of camera’s te krijgen. Misschien dat SoFi bij zulke moeilijk bereikbare soorten een uitkomst kan zijn. Het is sowieso een mooie innovatie, ik ben erg benieuwd wat er in de toekomst allemaal nog meer mee mogelijk zal zijn.”

Ook hoogleraar mariene ecologie Han Lindeboom ziet de beste onderzoeks­kansen voor SoFi bij het observeren van vissen die met andere methodes lastig te spotten zijn. “Ik zakte ooit langs stalen poten de zee in bij Navy Pier, Australië, een van de beste duikplekken ter wereld. Je weet niet wat je ziet, alsof de hele wereld om je heen uit alleen maar krioelende vissen bestaat.”

Maar zelfs daar laten sommige soorten zich niet zien, vertelt Lindeboom. “Een bepaald type kabeljauw gaat er direct vandoor, lang voordat je een kans hebt om hem te kunnen zien.”

Misschien dat SoFi meer kans maakt om het gedrag van deze vis goed te filmen. Al moet je dan natuurlijk eerst onderzoeken hoe kabeljauw reageert op zo’n robot­vis. Lindeboom: “Misschien dat deze kabeljauw er bij de aanblik van SoFi nóg harder vandoor gaat. Een mooi en knap apparaat hoor, die robot­vis, maar het is er niet een waar de gemiddelde kabeljauw snel verliefd op zou worden.”

--------

NOG MEER ROBOTDIEREN

Tillen als een mens-met-wielen

Handig is hij wel: kisten opheffen, over obstakels springen en om zijn as draaien, Handle kan het allemaal. Beeld rv

Mooie uitvinding van Moeder Natuur natuurlijk, die benen van mensen die over ruw terrein kunnen stappen. Maar op een vlakke ondergrond is het wiel toch ook wel érg handig en energie-efficiënt. Combineer beide in één robot, dachten ze bij Boston Dynamics in de Verenigde Staten. Op demonstratie­filmpjes is te zien hoe deze robot, met de koosnaam Handle, kratten optilt, over obstakels springt en pirouettes draait. Qua postuur is de robot­verhuizer wel wat intimiderend als je ’m tegen het lijf zou lopen: Handle is 2 meter lang, en weegt 105 kilo schoon aan de haak.

Grijpen als een octopus

De tentakels van de Octopus-gripper kunnen zich subtiel om een buis, fles of zelfs opgerold tijd­schrift krullen. Beeld rv

Vastpakken, verplaatsen, draaien, los­laten; in fabrieken barst het van de machines die dergelijke handelingen goed kunnen uitvoeren. Maar die grijpers excelleren doorgaans niet in flexibiliteit.

Het apparaat pakt dat ene onderdeel, waarmee het die ene handeling uitvoert en wee je gebeente als de wensen van klant of fabriek veranderen. De Duitse machine­bouwers van Festo maakten daarom deze Octopus-gripper. Met lucht­druk krult de zachte grijper zich subtiel om een buis, een fles, een opgerold tijd­schrift of een ander object. De siliconen zuig­nappen aan het uit­einde zuigen zich­zelf vacuüm door de druk die de grijper uitoefent op het object, de zuig­nappen aan de binnen­kant krijgen extra zuig­kracht mee door ze vacuüm te trekken. Belangrijk extra voordeel van de Octopus-grijper ten opzichte van de gebruikelijke grijpers in fabrieken: veiligheid. De Octopus-grijper is speciaal gemaakt voor zacht contact, ook met uw hand of ­schedel.

Verkennen als een insect

De DelFly Explorer, een hightech­libel van 20 gram, ontwijkt zelfstandig hindernissen. Beeld rv

De Rode Planeet verkennen met een traag rollende robot? Dat moet in de toekomst beter kunnen, vinden ze bij de NASA. De ruim­te­vaart­organi­satie doet een haal­baar­heids­studie naar robot­bijen, die uitvliegen over Mars en hun batterij op­laden op een voertuig. Met zo’n zwerm cyber­bijen is sneller een groter oppervlak te verkennen. De beestjes zijn klein en licht, waardoor je er voor een relatief lage prijs lekker veel kunt meenemen in een raket.

Gaat er een kapot? Geen zorgen, dan zijn er nog tien (of honderd of meer) over. De robot­bijen flapperen met vleugels zoals echte bijen dat ook doen. 

Hier op aarde rond­de onder meer de TU Delft al suc­ces­volle experimen­ten af met flapperende robot­insecten, zoals de DelFly Explorer. Die hightech-libel is zo licht als een paar suiker­klontjes.  

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234