Looprobots: revolutie in robotica

BLOG – Een verfijnd samenspel van mechanica, sensoren, ai en de nieuwste ai-methoden – lopende robots zitten vol innovaties op het gebied van robotica. Dit maakt ze geschikt voor steeds meer toepassingsgebieden. Zo verkennen ze onbegaanbaar of gevaarlijk terrein of helpen studenten bij het leren van de complexe programmering van robots. We kijken naar een toekomst waarin deze wendbare mechanische vrienden een steeds vastere voet aan de grond krijgen.

Het leren lopen aan robots wordt al tijden gezien als een bijzonder ambitieuze en moeilijke taak. Mensen hebben evenwicht door een perfecte samenwerking tussen het vestibulaire systeem (drie kleine botten in ons binnenoor), ons gezichtsvermogen, sensoren in spieren, pezen en gewrichten, evenals ons spierstelsel en zenuwstelsel. Om robots op vier of zelfs twee benen te laten lopen, is net zo’n complexe coördinatie van verschillende technologieën nodig.

Veel elektrische energie

Een looprobot is niets minder dan een mechanisch wonder. De benen, gewrichten, maar ook de rest van het lichaam van de robot, moeten zo worden ontworpen en geoptimaliseerd dat de robot stabiel en efficiënt kan bewegen met behoud van evenwicht. De actuatoren die de beweging van de benen regelen moeten met hoge precisie werken en op elkaar zijn afgestemd. De voorkeur ligt hier bij pneumatische aandrijvingen. Inmiddels is het onderzoek zo volwassen geworden dat deze heel dicht bij het menselijk spierstelsel komen. Onderzoekers van het Instituto Italiano di Technologia gebruiken bijvoorbeeld 3D-geprinte pneumatische actuatoren om een pols na te bootsen. Deze lijkt al verbazingwekkend veel lijkt op de menselijke pols. Ook is het belangrijk dat mechanische processen zo energiezuinig mogelijk verlopen. Door de complexiteit van loopachtige bewegingen verbruiken deze veel elektrische energie. Bovendien belemmeren grote, zware batterijen het evenwicht van de robot. Dus hoe minder elektriciteit de bewegingen verbruiken, hoe beter.

Looprobots zijn uitgerust met verschillende sensoren om hun positie en bewegingen te detecteren. Voorbeelden hiervan zijn traagheidssensoren zoals gyroscopen en versnellingssensoren, maar ook camera’s of dieptesensoren. De ontwikkeling op het gebied van sensortechnologie is de afgelopen jaren snel gegaan. Dit heeft geleid tot steeds kleinere, lichtere, krachtigere en energiebesparende sensoren. Het zijn precies deze compacte, krachtige sensoren die nodig zijn voor lopende robots.

Evenwicht

De informatie die door sensoren wordt verzameld moeten realtime worden verwerkt, geanalyseerd en omgezet in aangepaste besturingscommando’s. Vooral op oneffen oppervlakken moeten voor elke stap complexe berekeningen worden uitgevoerd en vertaald in regeltechniek. Alleen op deze manier kunnen actuatoren correct worden aangestuurd, zodat de robot zijn evenwicht behoudt. Dit is vooral het geval wanneer naast het lopen ook manipulatietaken worden toegevoegd. Bijvoorbeeld wanneer een tweevoetige robot iets moet vastpakken of een grijparm op een viervoetige robot is gemonteerd om objecten te verplaatsen.

De moet robot voortdurend zijn omgeving aanvoelen om botsingen met andere mensen, dieren of objecten te voorkomen

Dit is waar ai een grote rol speelt en aanzienlijk bijdraagt aan het succes van de lopende robots. Bovendien moet de robot voortdurend zijn omgeving aanvoelen om botsingen met andere mensen, dieren of objecten te voorkomen. Geavanceerde ai-technologie helpt hierbij. De afgelopen jaren is dit voornamelijk voortgestuwd door autonoom rijden. Met behulp van videocamera’s, infrarood- of lidar-sensoren meet de robot voortdurend zijn omgeving en berekent hij of de geplande route vrij is. Ai maakt het voor lopende robots mogelijk om voortdurend te leren van ervaringen en zich steeds gemakkelijker aan te passen aan nieuwe situaties of omgevingen. Al deze vooruitgang op het gebied van mechanica, besturing en ai draagt ertoe bij dat lopende robots tegenwoordig moeiteloos over stenig terrein balanceren, objecten vastgrijpen tijdens het lopen of door drukke voetgangerszones slingeren.

Nauwkeurigheid en efficiëntie

Met deze geavanceerde mogelijkheden komen looprobots in aanmerking voor een reeks nieuwe toepassingen. In de logistiek kunnen ze bijvoorbeeld al heel goed worden gebruikt. Ze helpen bij warehousing en orderpicking, waardoor de nauwkeurigheid en efficiëntie van werkprocessen flink wordt verbeterd. Maar ze kunnen ook goed dienst doen bij materiaaltransport in productiefaciliteiten en menselijke werknemers aanzienlijk ontlasten.

Een andere praktische toepassing van looprobots is het bezorgen van pakketten. Looprobots boeken snel vooruitgang op oneffen terrein en kunnen inmiddels zelfs trappen beklimmen. Vooral bij het vervoeren van grotere ladingen of in gebouwen zonder liften kan een looprobot pakketbezorgers op veel manieren ontlasten. Voornamelijk op het gebied van fysiek zwaar of tijdrovend werk.

Levensbedreigend

Deze kracht op ruw terrein is vooral waardevol wanneer looprobots worden gebruikt om onbekende gebieden te verkennen. Na natuurrampen zoals aardbevingen of orkanen kunnen looprobots gevaarlijke gebieden en ingestorte gebouwen betreden. Ze kunnen naar overlevenden zoeken of zelfs al eerste hulp verlenen. Ook na bijvoorbeeld een brand is het veiliger om eerst een robot de situatie te laten beoordelen. Zo maakt de politie in Baden-Württemberg en Noordrijn-Westfalen al gebruik van de vierpotige robothonden. De eerste tests hebben goede resultaten opgeleverd omdat de looprobot sneller is en minder sporen aflegt dan modellen met rollen of aan kettingen. In de kolenmijnen van Elk Valley, Canada, voert een viervoetige robothond routine-inspectietaken uit en verzamelt hij regelmatig gegevens over de toestand van de mijn. Dit is een taak die levensbedreigend is voor de menselijke werknemers, ondanks de moderne apparatuur.

Natuurlijk is een looprobot ook perfect als servicehulpmiddel. In restaurants, op beurzen of festivals kan het voedsel vervoeren, informatie verspreiden of afval verzamelen. In Singapore werden tijdens de Covid-19-pandemie al wandelende robothonden ingezet om wandelaars en joggers in parken te wijzen op de geldende afstandsregels.

Grijpen en plaatsen

Sommige universiteiten en hogescholen in Duitsland hebben al looprobots aangeschaft, omdat ze interessante leerobjecten zijn voor studenten van informatica of werktuigbouwkunde. Studenten kunnen ze gebruiken om complexe uitdagingen in robotica te leren en te oefenen met programmeren. Daarnaast zijn robothonden geschikt voor een verscheidenheid aan interessante projecten om hen nieuwe vaardigheden aan te leren. Zo valt er nog veel te leren op het gebied van voortbeweging in combinatie met het grijpen en plaatsen van voorwerpen.

Robots en robotachtig elektronisch speelgoed hebben een enorme aantrekkingskracht op mensen van alle leeftijden

En last but not least zijn robothonden ook voor steeds meer mensen een fascinerende vrijetijdsbesteding. Door de enorme technische vooruitgang is het voor particulieren niet langer onmogelijk om een lopende robot te kopen. Robots en robotachtig elektronisch speelgoed hebben een enorme aantrekkingskracht op mensen van alle leeftijden. Eind jaren negentig was dit al te zien met fenomenen als Tamagotchi of Furby. Baasjes vinden het leuk om hun robothond te trainen en om hem nieuwe trucjes aan te leren. De elektronische viervoeter wordt zo een trouwe metgezel, bijna net als een echte hond. Ook de entertainmentfactor mag niet worden vergeten, vooral omdat de gebruiker zijn programmeervaardigheden flink kan verbeteren door met een robothond te werken.

Verzoeken en commando’s

Lopende robots hebben al opmerkelijke technologische vooruitgang geboekt. Er zijn werelden van verschil tussen de eerste bewuste stappen van de vroegste looprobots en de indrukwekkende wendbare modellen van vandaag. Maar wanneer kunnen deze nieuwe technologieën bedrijven écht ten goede komen? Of robots aanslaan hangt af van de gebruiksvriendelijkheid en hoe gemakkelijk het is om ze te leren programmeren. Er is daarom veel vraag naar trainingsaanbiedingen en intuïtieve tools voor programmeren. Nieuwe tools zoals ChatGPT helpen om deze eerste hindernissen te overwinnen. De slimme chatbot kan eenvoudig de juiste code maken van. Ook kan het snel tips geven over het oplossen van complexe programmeerproblemen.

In het gebruik van cobots hebben we in zeer korte tijd veel interesse gezien van bedrijven. Dit laat zien dat bedrijven van elke omvang nu al veel meer openstaan voor nieuwe innovaties op het gebied van robotica. Hoe sneller een technologie als looprobots ingeburgerd raakt in het dagelijkse werk van bedrijven, hoe groter de kans dat deze technologie verder wordt uitgebreid en verfijnd. Dit betekent dat niet alleen dat de mogelijke toepassingen van looprobots groeien, maar dat het hele gebied van robotica profiteert van de nieuwe technologie.

Dit artikel verscheen eerder in Computable #2 2024. Lees nu het gehele magazine!