Sneller met Robosail

Op 4 juni start de beroemde solorace van Plymouth naar New Port. Wedstrijdzeiler Pieter Adriaans liet een schip ontwerpen met zelflerende software om de oversteek in recordtijd te voltooien.

Zelflerende computers en zeilen, het zijn twee passies van Pieter Adriaans, hoogleraar zelflerende beheersystemen aan de Universiteit van Amsterdam. Speciaal voor de `Europe1 New Man Star', een solorace van Plymouth (Engeland) naar New Port (Amerika), liet hij daarom een schip bouwen: Syllogic Sailing Lab.

Het bijzondere van dit schip is dat het voorzien is van vier computers waarop zelflerende software draait, Robosail genaamd. Dat programma geeft Adriaans gedurende de wedstrijd adviezen over hoe het schip sneller kan varen. Dat betekent overigens niet dat alles aan boord verder vanzelf gaat. Adriaans is en blijft degene die de handelingen moet uitvoeren. Bijvoorbeeld als de zeilen moeten worden bijgesteld of als er een manoevre moet worden gemaakt. De race start op 4 juni aanstaande.

Adriaans' doel is om met Syllogic Sailing Lab het record te verbreken dat op naam staat van Simon van Hagen. In 1992 zeilde deze met een 40-voeter in 19 dagen en 11 uur van Plymouth (Engeland) naar Newport Rhode Island (Amerika). Samen met Syllogic Sailing Lab wil Adriaans dat record met meer dan een dag verbeteren.

De nieuwste zelflerende systemen worden volgens Adriaans eigenlijk alleen nog maar toegepast in militaire techniek en bij het onderhoud van zeer grote computersystemen. Hij vertelt dat er nog nooit eerder gebruik werd gemaakt van zelflerende computers aan boord van zeiljachten. ``Waarschijnlijk komt dat omdat het nogal moeilijk is. Wetenschappelijk gezien is zeilen erg ingewikkeld en eigenlijk veel complexer dan vliegen. Bij zeilen heb je niet met één maar met twee media te maken: lucht en water. Er bestaan geen goede wiskundige modellen die het zeilen beschrijven.''

Voor het ontwikkelen van Robosail vereenvoudigde Adriaans het probleem tot een paal (mast) op een karretje (schip). ``Wat je wilt is die paal rechtop houden. Dat is een moeilijk te automatiseren probleem. Daarom hebben we het vereenvoudigd door het in drie delen te ontleden. We kijken naar de toestand: de plaats en de snelheid van de kar en de paal, dan volgt er een actie en dan een beloning, de nieuwe toestand. Dit simpele idee zit ook achter de software.''

De vertaling van dit simpele idee naar de praktijk bleek nogal wat voeten in de aarde te hebben. Maar liefst veertig sensoren en camera's zijn op Syllogic Sailing Lab geplaatst voor het bekijken van de toestand van het schip en zijn omgeving. Deze `waarnemers' meten de snelheid, de zeilkoers, de helling van het schip, de stand van het roer, de druk op de zeilen en de positie van mast en kiel. Ze kijken naar het weer, de wind, de stroming, de golven en houden de diepte in de gaten. Uiteindelijk onthoudt Robosail de beste prestaties. Het systeem vertelt wanneer er onder dezelfde omstandigheden minder goed wordt gevaren dan eerder. Dan verschijnt er bijvoorbeeld op het scherm: `U vaart 50 procent onder uw performance'. Ook geeft het systeem adviezen over wat er moet gebeuren om meer snelheid te krijgen. Adriaans: ``Je zou denken dat dat irritant is, maar dat is niet zo. Zeker als je moe bent, ben je blij als er iets is wat met je meedenkt. Bovendien geeft het programma pas signalen als ik 15 procent onder mijn beste prestatie vaar. Ook met slapen is het erg handig. Ik hoef niet constant wakker te zijn, maar wordt alleen gewekt als ik wat moet doen.''

Behalve het gebruik van computers is ook de bouw van het schip op zijn minst opmerkelijk te noemen. Zo is de romp van het schip zodanig vormgegeven dat het schip het beste vaart onder een helling van zo'n 25 graden. In dat geval heeft het schip de minste weerstand, omdat dan het contactoppervlak tussen water en schip het kleinst is. Eigenlijk is het schip een soort catamaran waarvan de punten vooraan bij elkaar komen. Net als bij een catamaran wordt de meest gunstige situatie verkregen als een van de twee drijvers uit het water komt. Ook als het bijna windstil is, moet het schip op een oor liggen. Dit gebeurt met behulp van waterballast die Adriaans aan boord kan pompen. Adriaans: ``Dat continu schuin liggen is natuurlijk even wennen, maar je bent wedstrijdzeiler of je bent het niet. Ik heb het er voor over. Koken is geen probleem: ik stop kant-en-klaar maaltijden in de magnetron.''

De Syllogic Sailing Lab heeft een kantelbare mast, wat nooit eerder op een zeilschip van dergelijk formaat is vertoond. Het idee hierachter is dat met een kantelbare mast meer voortstuwende kracht kan worden verkregen. Als een zeilboot schuin gaat, neemt (bij gebruik van een vaste mast) de voortstuwende kracht van de zeilen af. Dat komt omdat het geprojecteerde windoppervlak van de zeilen afneemt. De wind waait voor een deel over het zeil heen. Het geprojecteerde oppervlak (en dus de voortstuwende kracht) neemt toe door de mast meer rechtop te zetten. Het beste is de mast zelfs iets naar de andere kant (loef) te laten hellen. In dat geval neemt ook de weerstand met het water af omdat het schip als het ware uit het water wordt getild in plaats van dat het onder invloed van de windkracht op de zeilen erin wordt gedrukt.

Volgens Adriaans levert de kantelbare mast op de Syllogic Sailing Lab in de praktijk duidelijk snelheidswinst op. `'Vanaf een windsnelheid vanaf 10 knopen, ongeveer 19 km/uur, kun je een toename van minstens 1 knoop bereiken. Mits je op de juiste manier gebruik maakt van de variatiemogelijkheden die het schip biedt: hellingshoek van het schip, stand van de zeilen, gebruikmaking van waterballast die aan boord kan worden gepompt, enzovoort.''

Variatiemogelijkheden te over. Robosail helpt om alle variabelen optimaal op de omstandigheden af te stemmen. Adriaans verwacht dan ook een 10 tot 15 procent snellere oversteek te maken. Wel moet het programma natuurlijk al de nodige informatie bevatten, want anders heb je er nog niet veel aan. Voor de start op 4 juni heeft Adriaans al zo'n 3000 mijl met het schip gevaren. Ook hoopt hij tijdens de race zelf – en op de terugweg – een hoop informatie te verzamelen. Want naast een recordtijd neerzetten, is zijn doel ook om de werking van nieuwe concepten en software-theorieën in de praktijk bewezen te zien. Adriaans: ``Pas dan weet ik of met Robosail een wezenlijke verandering in de geschiedenis van de watersport is tot stand is gebracht.''

Meer informatie op www.robosail.com en www.europe1newmanstar.com

    • Titia van der Burg