Nieuwe generatie vliegende robots voor taken met hoog risico (video)

Er is een toenemende behoefte aan robots die dienstverlenende taken met een hoog risico uitvoeren. Taken zoals de inspectie van kerncentrales en het schoonmaken van wolkenkrabbers. Robots die actief de interactie aangaan met hun omgeving én die niet gebonden zijn aan de grond, zijn voor deze taken uitermate geschikt. Voor deze geavanceerde en nieuwe generatie service robots ontwierp promovendus Abeje Yenehun Mersha een baanbrekende geautomatiseerde (“human-in-the-loop”) besturingsarchitectuur. Mersha is verbonden aan het onderzoeksinstituut CTIT van de Universiteit Twente.

Abeje Yenehun Mersha richt zijn onderzoek op het op afstand besturen van vliegende service robots. Robots die ondersteuning geven bij een (levensgevaarlijke) dienstverlenende taak óf die deze taak zelf uitvoeren. Ze zijn niet gebonden aan de grond en zijn uitermate geschikt om in de lucht te werken. Door hun actieve interactie met de omgeving, verschillen ze van de huidige generatie vliegende robots, waarbij een fysieke wisselwerking met de omgeving juist vermeden wordt. Het inzetten van robots voor het uitvoeren van (levens)gevaarlijke taken is veiliger, goedkoper en leidt tot betere prestaties.

Stabiel gedrag

Mersha ontwikkelde een nieuwe architectuur waardoor de vliegende service robot op afstand en in een onoverzichtelijke omgeving, bestuurd kan worden terwijl deze een complexe taak uitvoert. Mersha geeft aan: "De teleoperatieve besturingsarchitectuur moet een stabiel gedrag waarborgen, zowel tijdens de vrije vlucht van de robot als gedurende de interactie met de omgeving op afstand. Tegelijk wordt een grote mate van transparantie gegarandeerd, zelfs bij tijdsvertragingen en overige door het netwerk veroorzaakte imperfecties. De robot is het verlengstuk van de bestuurder. Om de vliegende robot te kunnen besturen, heeft de bestuurder geen speciale opleiding nodig. Het is belangrijker dat de bestuurder een deskundige is in het uitvoeren van de taak." 

Multimodale haptische feedback

Besturingsstrategieën die uitgaan van een interactie tussen de automatische besturing aan boord van de vliegende robot en de menselijke bestuurder, zijn van cruciaal belang om bepaalde servicetaken te verrichten. In het geval van traditionele vliegende robots houdt de bestuurder de stand van de autonome robot bij aan de hand van camerabeelden (visuele feedback).  

Vanwege de complexiteit van de dienstverlenende taken is het niet toereikend om alleen deze vorm van feedback te krijgen. Aan de hand van een haptisch apparaat, dat wordt gebruikt voor bilaterale interactie met de op afstand gecontroleerde vliegende robot, kunnen bestuurders nu echt voelen wat de vorderingen zijn van de taak. Dus als de robot bijvoorbeeld contact heeft met de omgeving en niet langer vooruit kan, dan voelt de bestuurder de weerstand via de haptische interface in de vorm van een tegenwerkende kracht. Als zodanig voelt het voor de bestuurder alsof hij daadwerkelijk direct in interactie staat met de omgeving op afstand. Doordat de bestuurder naast de andere vormen van feedback, zoals visuele en vibrotactiele informatie, ook deze force-feedback ontvangt, neemt diens bewustzijn van de situatie aanzienlijk toe. Hierdoor kan de bestuurder beter geïnformeerd handelen en dus de taak effectiever en efficiënter uitvoeren.

Tijdsvertraging

Mersha heeft een reeks van simulaties en experimenten verricht om zo zijn theorie in de praktijk te testen. Zo heeft hij onder meer in samenwerking met de Australian National University de langste intercontinentale haptische teleoperatie van vliegende robots ooit verricht. Het doel was te beoordelen of zijn oplossing voor tijdsvertragingen en overige door het netwerk veroorzaakte imperfecties goed werkt. Bij het experiment was een bestuurder in Enschede betrokken, die een robot liet vliegen in Canberra, Australië. De robot moest in een ondoorzichtige omgeving manoeuvreren en daarbij tal van obstakels ontwijken. Zie het experiment in onderstaande korte film. 

Het AIRobots-project

Het onderzoek van Mersha maakt deel uit van het Europese 7th Framework project Innovative Aerial Service Robots for Remote Inspection by Contact (AIRobots). Het doel van het project is de ontwikkeling van een nieuwe generatie vliegende servicerobots.