Traditioneel biedt het European Robotics Forum een unieke combinatie van academisch inzicht en praktische robottoepassingen. Dit jaar, mede door de prominent aanwezige auto-industrie in gaststad Stuttgart, zal er nog iets meer aandacht zijn voor de praktische inzet van robots. Media partner Rocking Robots sprak hierover met Wesley Roozing van de University of Twente, die verantwoordelijk is voor twee van de workshops.
“Vies, nat, warm, koud, trillingen, botsingen, veel straling. Dat zijn vaak de omgevingen waar robots worden ingezet”, zegt Wesley Roozing, Assistant Professor Robotics and Mechatronics aan de University of Twente. Hij is bij euRobotics de Chair van de Topic Group on Mechatronics. Een van de workshops op ERF waar hij bij betrokken is gaat dan ook specifiek over robustness, resilience en reliability van mechatronica, ofwel “hoe zet je robots in de echte wereld.”
Roozing: “Neem bijvoorbeeld de inspectierobots die je nu veel ziet. Die moeten soms onder water kunnen functioneren. Of ze hebben te maken met zand, stof, en soms ook straling, bijvoorbeeld bij CERN. Die robots moeten dus robuust kunnen functioneren, geen last hebben van component failures en als dat wel gebeurt resilient zijn tegen kleine failures.”
Academische wereld
Dat is een andere benadering dan in de academische wereld, waarbij het vooral gaat om onderzoek doen, en minder om iets te bouwen dat heel lang mee moet gaan. “Dat is een belangrijke extra stap: een robot te maken die ook lange termijn betrouwbaar is, en robuust tegen externe invloeden. Een van de belangrijkste hindernissen daarbij is de overgang van een gecontroleerde omgeving naar een onvoorspelbare, vaak vijandige omgeving.”
“In een laboratorium zijn de omstandigheden stabiel: temperatuur, luchtvochtigheid en zelfs de ondergrond waarop een robot zich beweegt, zijn voorspelbaar. Maar zodra je een robot buiten of in een industriële setting plaatst, krijg je te maken met andere factoren. Dit betekent dat zowel de hardware als de software niet alleen moeten functioneren onder optimale omstandigheden, maar ook bestand moeten zijn tegen verstoringen en onverwachte situaties.”
Kerncentrale
Daarnaast is betrouwbaarheid een grote uitdaging. “In een laboratorium kun je onderdelen eenvoudig vervangen of een robot resetten als er iets misgaat. In de praktijk is dat vaak niet mogelijk. Denk aan robots die onderhoudswerk doen op een boorplatform op zee of in een kerncentrale. Die moeten langdurig blijven werken zonder constante menselijke tussenkomst. Dit vraagt om robuuste ontwerpen, redundantie in kritieke systemen en zelfdiagnosemechanismen, zodat de robot problemen kan detecteren en, indien nodig, zelf kan herstellen of een alternatieve werkwijze kan kiezen.”
Een ander aandachtspunt is interactie met de omgeving èn met mensen. “In een laboratorium kun je sensoren en algoritmes van een robot testen onder ideale omstandigheden, maar in de echte wereld heb je te maken met onverwachte objecten, dynamische omgevingen en mensen die onvoorspelbaar gedrag vertonen. Dit vereist geavanceerdere perceptietechnieken en besluitvormingsalgoritmen die real-time kunnen reageren op veranderende situaties zonder dat de robot vastloopt of verkeerde beslissingen neemt.”
Tot slot is er de uitdaging van schaalbaarheid en kosten. “Veel technieken die in onderzoek worden ontwikkeld, zijn nog niet direct toepasbaar op grote schaal. Materialen, componenten en productiemethoden moeten economisch haalbaar zijn om een robot daadwerkelijk in te zetten voor industriële of commerciële toepassingen.”
Humanoïde robots
Deze problematiek raakt ook het onderwerp van twee andere workshops waar Roozing bij betrokken is, over humanoïde robots. “Een humanoïde robot die op een productielijn moet werken, moet langer dan een paar dagen of een paar weken betrouwbaar functioneren en moet bovendien geïntegreerd worden in een omgeving die heel anders is dan een lab. Daar zijn waarschijnlijk menselijke co-workers aanwezig, dus de requirements zijn heel anders.”
“Daarnaast is een humanoïde robot een van de meest complexe robots die we bouwen. Hij heeft enorm veel gewrichten. Daarbij komt een enorme hoeveelheid kosten en complexiteit kijken. Al die gewrichten moeten aangestuurd worden en hebben allemaal sensoren, motoren, gearing, controllers, et cetera. Die kunnen allemaal een point of failure zijn. Dat zijn veel uitdagingen.”
Hand
Een van de meest complexe onderdelen van een robot is de hand; “Ik denk dat we nog niet eens in de buurt zijn van het evenaren van de menselijke hand. Dat is echt een biologisch wonder. We hebben natuurlijk voor specifieke use cases effectieve grijpers. Maar general-purpose handen zoals wij ze hebben, met vijf vingers en de bijbehorende flexibiliteit en tactiliteit, hebben we nog niet kunnen evenaren.”
“Er zijn een paar handen met een enorme complexiteit en daardoor ook hoge kosten, die enigszins in de buurt kunnen komen qua range of sensing en het aantal joints. Maar zelfs dan is de complexiteit zo groot dat het gebruik ervan bijzonder moeilijk is. We hebben nog niet echt een goed idee van hoe we die control zo kunnen uitvoeren dat een robot net zo robuust als een mens iets kan pakken zonder te kijken.”
Computer vision
Ook het waarnemen van de omgeving is belangrijk voor een robot. “Computer vision is niet mijn expertise, maar ik denk wel dat we daarin ver gevorderd zijn. Robots zijn behoorlijk goed in het herkennen van objecten. Maar het kunnen relateren van die objecten aan elkaar is weer een stuk moeilijker. Als er bijvoorbeeld een dop op tafel ligt en er staat een fles naast, dan is het maken van de connectie dat die dop op de fles geschroefd kan worden niet altijd even duidelijk voor een robot. Dat is het cognitieve aspect dat bij zicht hoort.”
“Daarnaast ontbreekt er een natuurkundig inzicht achter de vision-systemen van robots. Als een robot iets ziet dat misschien wankel staat, zouden wij als mens meteen herkennen dat het instabiel is en inschatten wat er gebeurt als we er een bepaalde kracht op uitoefenen. Een robot heeft dat besef niet.”
Praktijk
In diverse sectoren wordt al wel volop geëxperimenteerd met de inzet van dit soort robots. Tijdens ERF 2025 zullen onder meer BMW en Mercedes vertellen over hun ervaringen, en de obstakels waar ze tegenaan lopen. “Uiteindelijk draait het gebruik van robots om kosten en productiviteit. Als die productiviteit voldoende in de buurt komt van die van menselijke werkers, dan heb je een businesscase voor humanoïde robot. Op dit moment zijn ze nog langzamer dan mensen, en zijn de kosten van aanschaf en gebruik hoog.”
Hij besluit: “Met dit soort thema’s is het ERF een uniek event. Ten opzichte van met name wetenschappelijke evenementen ligt er veel meer focus op strategie, toepassingen en business. Mensen krijgen daardoor een veel beter beeld van de grotere en belangrijkere uitdagingen vanuit de toepassing van robots.”
“Dat zie je ook terug in de deelnemers: naast academici en andere onderzoekers zijn er veel mensen uit het bedrijfsleven, zowel gebruikers als ontwikkelaars van robot-hardware. En bijvoorbeeld vertegenwoordigers van de Europese Commissie, die uiteindelijk bepalen waar het geld naartoe gaat voor onderzoek naar nieuwe robotica. Dus het ERF is een toonaangevende conferentie om lange termijnstrategieën uit te zetten.”
Inschrijven voor ERF 2025 kan nog hier
