Sensor-ruis stuurt flexibele robots

Industriële robots zijn heel goed in het uitvoeren van een voorgeprogrammeerde taak. Maar om ze een nieuwe taak te leren is heel wat programmeerwerk nodig. Het ENgineering and TEchnology institute Groningen (ENTEG) wil graag flexibele robots ontwikkelen. Hector García de Marina beschrijft hoe dat kan in zijn proefschrift.

Een serie video’s laat zien hoe een team van kleine robots in verschillende formaties over een tafel rijdt. Als één van de robots een duwtje krijgt weet het team de formatie snel te herstellen. Het geheim van deze robots zit ‘m in een nieuw algoritme in de besturingssoftware, dat is uitgevonden door García de Marina tijdens zijn promotieonderzoek aan de RUG. Hij werkt inmiddels als postdoc aan de École nationale de l'aviation civile (ENAC) in Toulouse, waar hij zijn uitvinding gebruikt om drones in formatie te laten vliegen. Daarom leggen zijn begeleiders Bayu Jayawardhana en Ming Cao uit wat hij gedaan heeft.

De robots die in formatie over de tafel rijden lijken misschien niet heel indrukwekkend, maar ze kunnen een nieuwe industriële revolutie veroorzaken, die van de ‘Smart Industry’. ‘Hectors onderzoek was onderdeel van een Europees Interreg project met de naam SmartBot, waarin Nederlandse en Duitse onderzoeksinstituten en bedrijven samenwerken’, vertelt Cao. Doel is een concurrerender maakindustrie in beide landen, die weer kan groeien. De slimme robots moeten de productielijnen flexibeler maken.

‘De mobiele robots van Hector vormen de basis van een toekomstig systeem met flexibele industriële robots’, legt Jayawardhana uit. Die worden aangestuurd door gedistribueerde algoritmes, er is dus geen centraal controlesysteem. Elke robot voert zijn taak uit met behulp van lokale informatie. ‘Een groot voordeel hiervan is dat het niet uitmaakt hoeveel robots er samenwerken.’

Oplossing

In het standaard algoritme dat wordt gebruikt om een groep robots samen een klus te laten klaren heeft ieder groepslid real time informatie nodig over de eigen positie ten opzichte van de andere robots. Afstandssensoren leveren die informatie, maar de nauwkeurigheid daarvan is beperkt, zeker in een fabriek. ‘De onnauwkeurigheid veroorzaakt gebrekkige informatie over de afstand tussen paren robots en dat leidt tot ongewenste bewegingen, waardoor de formatie verbroken kan worden’, zegt Jayawardhana. Dit probleem houdt robotontwikkelaars over de hele wereld bezig, maar nu heeft García de Marina een oplossing bedacht, bewezen en gedemonstreerd.

In het eerste deel van zijn promotieonderzoek zocht hij uit hoe te compenseren voor de gebrekkige sensorinformatie binnen een groep robots. Dat leidde tot een beter begrip van de manier waarop de onnauwkeurige informatie de beweging van de groep beïnvloedt. En het leverde een manier op om dit te gebruiken. ‘Wat Hector ontdekte was dat je met behulp van het standaard algoritme de robots kunt sturen door onnauwkeurigheid bewust toe te voegen’, legt Cao uit.

Wanneer je bijvoorbeeld speciaal ontworpen kunstmatige sensor ruis aanbrengt bij twee robots kun je een hele groep in een cirkel laten bewegen, waarvan de straal bepaald wordt door de hoeveelheid ruis. Het elegante aan deze techniek is dat je de robots niet opnieuw hoeft te programmeren. ‘De volgende stap is om de bewegende robots uit te rusten met een arm om voorwerpen te manipuleren.’

Revolutie

Tientallen jaren geleden veroorzaakten grote, starre robotarmen een revolutie in de productie industrie. Maar in het tijdperk van de slimme industrie is voor fabrieken een nieuwe generatie flexibele robots nodig, die grootschalige productie van op de consument aangepaste producten te maken. Het werk van García de Marina lijkt een van de fundamentele technologieën die deze flexibele robots mogelijk maakt.

Cao geeft een voorbeeld, van een Duits bedrijf dat een deel van de staart van de Airbus maakt. ‘Hector heeft laten zien dat in plaats van de grote, gespecialiseerde robot die ze nu gebruiken drie kleine, slimme robots de klus net zo goed kunnen klaren.’ Het grote voordeel is dat die kleine robots ook andere taken kunnen uitvoeren, zonder dat ze helemaal opnieuw geprogrammeerd moeten worden.

Flexibele robots zouden een hele reeks van taken kunnen uitvoeren, variërend van helpen bij precisie landbouw, het filmen van sport- of kunst evenementen in 3D, het bouwen van femotocellulaire netwerken voor telecommunicatie tot het ondersteunen van militaire operaties. ENTEG doet, in nauwe samenwerking met de Noord Nederlandse industrie, mee in de kopgroep als het gaat om de ontwikkeling van flexibele robots.