Een robot als metgezel

Afgelegen offshore-installaties, stoffige mijnen, vuile riolen: het zijn allemaal omgevingen die door en voor mensen zijn gemaakt. Toch is het gevaarlijk om er in of op te werken. De oplossing? De robothond van ANYbotics, die zelfstandig inspecties kan uitvoeren. We gingen naar Zürich om een van de grootste roboticateams van Europa te bezoeken.

Vallen en weer opstaan, telkens opnieuw. Hoe zet ik mijn voeten neer, hoe zet ik kracht en hoe controleer ik mijn evenwicht? Wanneer kinderen leren lopen, ontdekken ze in enkele weken welke bewegingen ze moeten maken. De peuter van Péter Fankhauser leert op ongeveer dezelfde manier lopen, ook al bestaan zijn benen uit veren, sensoren en motoren. Hij verkondigt trots: “ANYmal leerde zichzelf traplopen in een simulatie. Het kostte de robot slechts een paar uur. Het mooie is dat, in tegenstelling tot mensen, duizenden ANYmals meeleren omdat we virtuele kopieën maken.” De kopieën krijgen eerst een algemene opdracht, zoals zo snel mogelijk een trap oplopen. Daarna wordt een verstoring toegevoegd, zoals sensorruis of wind. De programma’s leren vervolgens zelfstandig met dergelijke situaties om te gaan. “Zodra de gesimuleerde leerprocessen een optimaal niveau hebben bereikt, brengen we de besturing over naar alle echte robots,” aldus Fankhauser.

De ingenieur met een doctoraat in robotica zit op een kleurrijke loungesuite in de vergaderzaal en vertelt enthousiast over de inspectierobot. Fankhauser ontwikkelde de robot samen met acht andere oprichters van ANYbotics, een spin-off van ETH Zurich College. De hondachtige ANYmal kan zich volgens hem autonoom voortbewegen in extreme industriële omgevingen zonder menselijke controle of wifi. Wat het echt spannend maakt, is dat de omgeving niet speciaal voor robots hoeft te worden ingericht, zoals in grote fabrieken of magazijnen. Deze viervoeter kan zijn eigen weg vinden, ook in situaties die niet echt voor mensen zijn bedoeld. Fankhauser laat ons YouTube-filmpjes zien waarin we de robot steile stalen trappen op en af zien klauteren en boswandelingen zien maken over wortels en grindpaden. Hij balanceert op smalle stalen balken, kruipt onder treinen door en baant zich veilig een weg over worstdikke kabelrollen op de grond. ANYmal kan gemakkelijk door water waden, overleeft een zandstorm en glijdt zelfs niet uit in de sneeuw. Met Pasen zien we hem zelfs op kantoor van deur tot deur chocoladekonijntjes aan collega’s bezorgen, voor- en achteruit lopend. Dergelijke situaties vergen maximale concentratie, ook voor mensen.

Lachende robot

Hoe doet de robot dit allemaal? Is het lastig om hem zo te programmeren? “Nee, het is relatief eenvoudig,” verzekert onze specialist ons. We komen meer te weten tijdens een rondleiding in Zürich. Het gebouwencomplex van ANYbotics herbergt niet alleen kantoren en vergaderzalen, maar ook het testcentrum en de productiefaciliteit van het bedrijf. Bij binnenkomst merk je al dat er iets in de lucht hangt, de tinteling die je voelt als je vooruitgang boekt. De opwinding van een op handen zijnde verandering, als je het gevoel hebt op het punt van een doorbraak te staan, alsof je deel uitmaakt van iets groots. Mensen in spijkerbroeken en T-shirts begroeten je enthousiast in het Engels. Het personeelsbestand is in een jaar tijd met 25 medewerkers gegroeid en in totaal zijn 21 nationaliteiten vertegenwoordigd. ANYbotics heeft onlangs nieuwe ruimtes gehuurd en 20 miljoen Zwitserse frank opgehaald bij investeerders. Dit geld wordt gebruikt om het nieuwste model van ANYbotics, de D-versie, in de handel te brengen. Dit zal ook een verandering in de organisatie met zich meebrengen: Momenteel maakt een klein intern team ongeveer één robot per week. Vanaf 2022 wordt de inspectierobot in grotere volumes geproduceerd op een assemblagelijn die door een partner in Zwitserland wordt opgezet.

Maar ondanks de voorspoed is de sfeer bij ANYbotics niet veranderd: de start-up-vibe is er nog steeds. In de open kantoorruimte hangen whiteboards met ingewikkelde formules en diagrammen, maar soms kom je ook een manga-personnage tegen die uit een stripboek lijkt te zijn ontsnapt. Aan de bureaulampen bengelen pluche dieren. In de keuken hangen de prijswinnende kunstwerken van de laatste teamcompetitie,. Het zijn kleine ingelijste olieverfschilderijen: ANYmal zwaaiend vanaf de rug van een eenhoorn, ANYmal kruipend door de zee, ANYmal zwevend in de ruimte. Ernaast hangen verspreid over de muur continenten, bedekt met foto’s van klanten uit de hele wereld. Te midden van dat alles zie je de vriendelijk ogende robot, rennend, zittend, wachtend. ‘Al bij het C-prototype ging het ons niet alleen om de functionaliteit van de robot, maar ook om de emoties die hij met zijn uiterlijk oproept. We konden de ogen zo plaatsen dat ANYmal er vriendelijk uitziet. Het zijn de koelopeningen van de robot. Zijn mond is de dieptecamera. Door een kleine schuine rand lijkt de camera op een lachende lip. Zulke kleine dingen helpen positieve associaties op te roepen,” vertelt Fankhauser. Het nieuwste model heeft een heel ander gezicht omdat ANYmal D nog robuuster moest worden gemaakt voor industrieel gebruik. Toch ziet ook de opvolger er goedaardig uit. “We wilden een vriendelijke, betrouwbare en nuttige robot creëren die hulp kan bieden. Hij moet werknemers kunnen ondersteunen en dus als het ware uitstralen: ik ben er om je te helpen. Militaire operaties en politiemissies zijn om die reden uitgesloten.”

1/2

Hij ziet, ruikt, hoort en roept om te waarschuwen

Reguliere inspectiewerkzaamheden kunnen bijzonder goed geautomatiseerd worden met behulp ANYmal. De CEO van ANYbotics toont met cijfers aan dat ANYmal zich snel terugverdient: “Elke dag die verloren gaat aan herstelwerkzaamheden en reparaties kost de exploitanten van industriële installaties enkele honderdduizenden Zwitserse franken. De machines moeten dus zo min mogelijk problemen en storingen hebben.” Momenteel worden de inspectierondes vooral uitgevoerd door mensen. “Dat werkt prima, als ze tenminste de installatie kennen en ervaring hebben. Maar het kost veel tijd en geld, en soms is het levensgevaarlijk.” Op offshore-installaties, in riolen en in mijnen worden mensen blootgesteld aan hoge druk, elektriciteit, gevaarlijke gassen, giftige stoffen, stof en vuil. Als iemand de installaties gaat inspecteren, moeten deze soms eerst worden uitgeschakeld, en dat kost geld. Dan zijn er nog de transportkosten. “Specialisten moeten naar de fabrieken worden gebracht, maar elke helikoptervlucht kost al gauw meer dan 30 duizend Zwitserse frank.” Hoofdschuddend voegt Fankhauser eraan toe: “Soms is een vlucht naar een boorplatform nodig om één schakelaar om te zetten.” In de offshoresector verdient ANYmal zichzelf dus binnen enkele weken terug.

Natuurlijk is het ook mogelijk om de installaties uit te rusten met sensoren om afwijkingen in de werking te detecteren. Maar ook dat is complex en kost veel geld. “Elke sensor meet bovendien maar een klein deel van het hele systeem en moet na verloop van tijd worden vervangen,” merkt Fankhauser op. De robot heeft daarentegen het voordeel dat hij een relatief lange tijd kan worden ingezet (drie jaar bij continu gebruik) en veel taken tegelijk kan uitvoeren. De robothond is sterk genoeg om lasten te dragen. Met zijn camera’s en detectoren kan hij zien, ruiken en horen, en hij geeft waarschuwingen: de gegevens van de meetapparatuur worden voorgelezen en doorgegeven. De robot maakt warmtebeelden en voert akoestische metingen uit. Hij detecteert en rapporteert als er gas ontsnapt of als het gezoem van een machine of de trilling van een pomp plotseling anders klinkt.

Krachtige motoren, korte inleertijd

Maar hoe kan dit apparaat zich zo veilig door moeilijk terrein bewegen? Hoe leert het de weg? Fankhauser: “De mogelijkheid bestaat om ANYmal mee te nemen naar de locatie en hem te laten zien wat hij moet doen, zoals bij een nieuwe medewerker. Wij begeleiden de robot met een joystick terwijl hij het traject aflegt en een 3D-kaart maakt. Een inspectieronde van een uur door een fabriek kost normaal gesproken een halve dag leertijd.” Maar er is een nog eenvoudigere optie om de robot virtueel in te leren. Dit is mogelijk als er al een digitaal model van de fabriek bestaat.

De oriëntatie gebeurt met sensoren, terwijl het lopen met speciaal voor de robot ontwikkelde elektromotoren plaatsvindt. “We beseften dat we eigen aandrijvingen nodig hadden, die licht en toch krachtig moesten zijn. Daarom zijn we een samenwerking aangegaan met maxon. Onze twee bedrijven sluiten in technisch opzicht goed op elkaar aan en werken nu zelfs naast elkaar.” De vier ledematen van het robotdier bevatten elk drie aandrijvingen, wat betekent dat er in totaal twaalf actuatoren in ANYmal zijn geïnstalleerd. Zij genereren de loopbeweging, laten de poten naar buiten of naar achteren kantelen en buigen de knieën. “Bij het lopen op verschillende oppervlakken is het erg belangrijk om de krachten te regelen. Bij de landingsfase van de loopbeweging komt energie vrij die geabsorbeerd moet worden. Daarvoor hebben we samen met maxon een systeem met veren ontwikkeld dat spieren en pezen nabootst.”

Oplossing en lastige uitdagingen

In het testcentrum van ANYbotics getuigt de toren van pizzadozen die bijna tot het plafond reikt van lange dagen en korte nachten. Hier staan stoelen, tafels en computers in een soort toeschouwersarena gegroepeerd waar gegevens worden verzameld en geanalyseerd. Op het podium loopt de vijftig kilo zware robot trappen op en af en over obstakels als bakstenen. Alle medewerkers zijn verplicht om een veilige afstand tot de machine aan te houden. De veiligheidscertificering heeft het bedrijf immers veel tijd en energie gekost. “Maar dat is nu achter de rug. We hebben met externe gespecialiseerde laboratoria aan een strategie voor elektrische en mechanische veiligheid gewerkt.” Ook het opleiden van klanten in het nemen van veiligheidsmaatregelen helpt om de risico’s tot een minimum te beperken.

Na 90 minuten is accu van ANYmal bijna leeg. Hij merkt dit zelf, stapt naar zijn dockingstation en gaat erop zitten, als een kip op een ei. Fankhauser legt uit: “Je ziet video’s op YouTube van deze coole robot die als een hond de trap op rent. Maar dat is maar een klein deel van de oplossing.” De CEO wijst naar de live screens van de computers. “Je moet duidelijk zijn over hoe de inspectiegegevens bij de klant terechtkomen. Wij bieden een end-to-endinspectieoplossing. De software wordt geleverd met een jaarlijkse gebruikerslicentie, inclusief software-updates en technische ondersteuning.”

Enkele lastige problemen moeten nog worden opgelost: wat als iemand een deur sluit? ANYmal blijft dan voor de deur staan. Hij kan ook nog niet betrouwbaar roest of scheuren opsporen. Eigenlijk zou hij gevaarlijke onderhoudswerkzaamheden moeten kunnen uitvoeren. Daarvoor experimenteert het team in Zürich nu met grijparmen. Twee dingen zijn echter zeker: deze vriendelijke robot zal blijven leren en de pizzatoren zal blijven groeien.