Overslaan en naar de inhoud gaan
Cyberzoo: een  dierentuin met robots

Robots worden steeds slimmer. Maar op hun allerslimst zijn ze, als ze met zijn allen zijn. Wat ze dan precies kunnen, kan straks worden onderzocht in het allernieuwste lab van de TU Delft: de Cyberzoo.

“Daar moeten ze zelf besluiten nemen om te kunnen overleven, zoals zoeken naar nieuwe energie.”

Stel je eens voor dat je ’s nachts de vliegtuighal van de faculteit Luchtvaart & Ruimtevaarttechniek (L&R) binnensluipt. Met snode plannetjes om je nieuwe verovering de F16 te showen. Equivalent aan het ‘Wil je mijn brommer zien?’ maar dan beter. Terwijl jullie gniffelend achter elkaar aanlopen, klinkt even verderop in de hal een geluid. Als twee Sherlocks gaan jullie op onderzoek uit. Achter een zwartgekleurd net treffen jullie een handvol zespotige beesten op de grond. Ze scharrelen rond, terwijl in de lucht een dozijn reuzelibelles fladdert. Ze lijken goedaardig en als jullie samen door hun ruimte lopen, gaan ze opzij. Verwonderd kijken jullie elkaar aan. Het lijkt wel een dierentuin, maar dan eentje die bestaat uit louter robots.

Het is de droom van Chris Verhoeven, een van de drie themaleiders binnen het TU Delft Robotics Institute. Hij gaat over het thema swarm robots: “Vroeger dachten we bij intelligentie aan één grote robot, maar nu denken we dat een heleboel domme kleintjes bij elkaar veel slimmer zijn”. Verhoeven haalt zijn inspiratie uit de natuur: bijen, mieren of vissen krijgen in grote groepen ook meer voor elkaar dan als individu. 

Zo is een bijenzwerm in staat om in een gebied van 500 vierkante kilometer alle bloemen te lokaliseren. “Tot zo’n soort prestatie moeten onze robotzwermen ook in staat zijn”, denkt Verhoeven, universitair hoofddocent bij de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI) die ook parttime bij de faculteit L&R werkt.

Verhoeven schetst zijn ideaalbeeld.  “We zorgen dat de robots niet te dicht bij elkaar willen zijn, maar elkaar ook niet uit het oog willen verliezen. Alsof er een soort elastiekjes tussen zitten. Als je zo een zwerm robots een ingestort gebouw in duwt, dan zullen ze zich in alle hoeken en gaten persen, terwijl ze aan elkaar doorgeven wat ze vinden. Als ze een slachtoffer ontdekken, komt een brandweerman dat te weten via een robot die nog bij de ingang is. Wanneer de robots op het pad naar het slachtoffer een lampje aandoen, dan kan een reddingsteam precies zien waar het heen moet”, zegt hij om een hele concrete toepassing te noemen. “Het kan me trouwens niet schelen welke robot uiteindelijk het slachtoffer vindt, als de groep als geheel die taak maar volbrengt.” Voorlopig lijkt het nog verre toekomstmuziek. 

Bosbranden

Hoe dezelfde soort robots kunnen samenwerken, is trouwens al eens bestudeerd. Afgelopen jaar testte de TU Delft in samenwerking met de brandweer al twaalf X100’s. Dat zijn vliegende exemplaren die in staat zijn om met elkaar een bosbrand te lokaliseren. Handig, want dan kan de brandweer op haar beurt het vuur sneller blussen. Het zou nog handiger zijn als de brandweer ook een robot-blusteam heeft, of een robot-reddingsteam. Maar of al die verschillende soorten robots ook samen iets kunnen doen, daar heeft nog geen onderzoeker zich aan gewaagd.

Daar komt binnenkort verandering in. In de vliegtuighal zijn alvast de contouren van een nieuw lab neergezet, waarin de diertjes straks kunnen rondscharrelen of mogen dartelen in de lucht. Daarvoor is een ruimte van tien bij tien meter gereserveerd. Hierin staat een stalen constructie waaraan een zwart grofgemaast net van zeven meter lang hangt. Zo groot is de afstand van grond tot plafond. Dat net is trouwens bedoeld om de vliegende robots tegen te houden, om net als bij vogels in een dierentuin, te voorkomen dat ze ontsnappen. Op de grond wordt een soort Marslandschap gebouwd van kattengrit, kiezels en grote stenen. “We zien nu het geraamte van het lab, het moet een echte Cyberzoo worden”, zegt Verhoeven. 

Helemaal bovenin het lab hangen nu twaalf hightech camera’s. Dat moeten er straks 24 worden. Elk van die camera’s is in staat een infrarood lampje te laten schijnen op een robot. Om precies te zijn op een wit bolletje dat op die robot is geplakt en dat het licht richting camera reflecteert, zodat duidelijk wordt waar de robot zich bevindt en is geweest. Hiermee kunnen voor het eerst ook 3D-simulaties worden gemaakt van de robotinteracties, waarmee onderzoekers op hun beurt kunnen analyseren hoe de verschillende robots bewegen en samenwerken. Dat laatste blijkt om verschillende redenen knap ingewikkeld. 

Een van de moeilijkste dingen is: wat doet iedere robot precies? Bij samenwerking tussen mensen is er vaak een leider die opdrachten geeft aan de rest van de groep. Bij mieren niet, terwijl die beestjes toch complexe handelingen met elkaar uitvoeren. Hoe dan? “Mieren laten een geur, een feromoon, achter als ze voedsel hebben gevonden. Als een paar van die mieren toevallig een kortere weg op het spoor komen en meer mieren hen volgen, dan wordt de geur sterker en zullen meer soortgenoten dezelfde kant op lopen”, zegt Guido de Croon, universitair docent in het micro air vehicle lab bij L&R, een van de labs in het Delft Robotics Institute.

Verhoeven: “De robots zullen ook dit soort interactie krijgen, maar in dan met radiosignalen in plaats van echte geuren. We zijn dat radioferomonen gaan noemen”. 

e-nose

Maar de robots zullen ook met echte geuren werken. Het is de bedoeling om sommige robots met een E-nose uit te rusten. Met zo’n  elektronische neus kunnen ze bijvoorbeeld acetyleengas ruiken, een gas dat fruit vrijgeeft als het rijp is. Op die manier zou een Delfly Explorer, ’s werelds meest autonome microvliegtuigje, de rijpe peren kunnen vinden. Het wordt een soort fruitvliegje waar veel vraag naar zal komen. Verhoeven staart even naar boven en herinnert zich glimlachend de eerste handelsmissie van koning Willem-Alexander. Hijzelf reisde ook mee naar Duitsland. “Daar zag iemand van TNT voor zich dat een hele zwerm Delfly’s alle pakjes zou gaan besnuffelen voordat ze het vliegtuig in gingen. Geld, drugs en explosieven kun je immers ook allemaal ruiken.”
Dit type vliegrobot is verder in staat om ruimtes te verkennen door zelf obstakels te ontwijken, terwijl hij maar 20 gram zwaar is. De Delfly micro is trouwens nog lichter: 3 gram. “Zo zwaar als een suikerklontje”, zegt De Croon. Dat lichtgewicht is meteen zíjn grootste wetenschappelijke uitdaging. “Om kleine robots intelligent te maken, moet je heel anders denken dan voor grotere robots. Kleinere robots zijn veel moeilijker om zelfstandig te laten vliegen, omdat ze minder rekenkracht, minder sensoren en een minder goede camera met zich mee kunnen dragen. Hierdoor hebben we een heel efficiënt type kunstmatige intelligentie moeten ontwikkelen om ze ook nog aanvullende opdrachten te kunnen laten uitvoeren”, zegt hij. 

Energie zuigen

Middenin het hok loopt nu een zebro, een zespotige autonome robot. In de bak met kattengrit en stenen is een hobbelig houten platformpje geplaatst waarover twee labjassen liggen. Die moeten de gescheurde airbag voorstellen van een lander, die net veilig is neergekomen op de planeet Mars en waaruit de zebro is gekropen. Deze probeert nu veilig over de airbag te lopen en op en het geïmproviseerde Marslandschap te bereiken zonder dat zijn draaiende pootjes vast komen te zitten in de stof. 

Alsof dat nog niet moeilijk genoeg is, vliegt boven de zebro een Delfly die op zijn grote neef probeert te landen. Het nut daarvan is nu niet direct duidelijk, maar Verhoeven hoopt dat de Delfly straks als een soort muskiet energie kan zuigen uit de zebro, omdat zijn grote neef veel batterijen en dus veel meer energie kan meenemen. Op die manier kan een zwerm van zebro’s altijd een zwerm van Delfly’s in de lucht houden zonder dat de Delfly’s steeds naar een speciaal laadpunt hoeven te vliegen. Zo kunnen de kleine robots veel grotere afstanden afleggen.

Deze vorm van toekomstige samenwerking is exemplarisch voor het ecosysteem dat de visionaire themaleider voor ogen heeft. “De robots moeten zelf besluiten wat ze doen om de energie te krijgen die ze nodig hebben”, zegt hij en schetst een vergezicht van robots die als carnivoren energie van andere robots pakken en vliegende exemplaren die als muskieten hetzelfde doen. Ook ziet hij herbivoren voor zich die wel energie uit laadpunten halen. En het allerliefst ziet hij ook nog een samenwerking met nanosatellieten zoals Delfi-C3 en Delfi-n3Xt voor de communicatie over grote afstanden en voor het globale overzicht. 

Hulpverleners

“Bij rampen in afgelegen gebieden, waar mensen voedsel, water en medicijnen nodig hebben, brengen de satellieten het getroffen gebied in kaart en geven aan waar de meest interessante gebieden zijn. De vliegende robots zorgen dan dat de details in die gebieden zichtbaar worden, lokaliseren waar de slachtoffers zitten of waar bijvoorbeeld brand is, zodat de lopende robots precies weten waar ze welke hulp moeten verlenen”, aldus Verhoeven.

Hoewel de themaleider niet uitgepraat raakt over de inzet van robots in het echte leven, zegt hij dat anderen maar een echte toepassing moeten verzinnen. “In plaats van heel lang te praten over de oprichting van dit lab, zijn wij gewoon begonnen met bouwen. Want als je vanuit de theorie begint, kom je nooit achter sommige details. Als je praktisch begint, zoals wij, dan geeft dat juist ongelofelijk veel inspiratie. We laten hier vooral zien, wat we technisch allemaal kunnen, heel praktisch en heel concreet. Als er dan iemand als Mark Zuckerberg (de bedenker van Facebook, red.) langs komt, dan is de kans groot dat die de werkelijke killer application bedenkt. Zo gaat dat in de techniek” 

Dat we midden in de nacht op een willekeurige plek robots op eigen houtje zien bewegen, lijkt trouwens een realistischer toekomstbeeld dan we nu denken. Als we Verhoeven moeten geloven. “Er komt een tijd dat we het volslagen normaal vinden dat er robots om ons heen scharrelen en rondvliegen. Net als we het nu normaal vinden dat er brandmelders aan het plafond zitten, gaan we het normaal vinden dat er kleine beschermengeltjes in onze omgeving zijn, bezig met hun simpele taakjes, die ons leven een stuk makkelijker en veiliger gaan maken”. In maart hoopt hij de Cyberzoo feestelijk te openen.

robotics.tudelft.nl
‘Cyberzoo’ op www.youtube.com

Krijg Delta updates

Click here to unsubscribe