Te dom, te duur, te onhandig

Voordat robots zich veilig tussen de mensen kunnen begeven, moeten ze eerst een stuk flexibeler worden. In hun beweging, en in hun denken.

De robot hiernaast, RoboThespian geheten, kost circa 70.000 euro. Kopers kunnen naar wens geluiden, video’s en bewegingen uploaden. Foto Corbis

Als een overenthousiaste Willy Wonka beent Stefano Stramigioli door zijn robotlaboratorium aan de Universiteit Twente. Labtafel na labtafel ligt vol half ontlede robotledematen, uitgeplugde elektronica en losse onderdelen als wielen, stangen en schroeven.

„Kijk”, zegt Stramigioli bij een stellage van transparante plastic buizen, „hier werken we aan een robot die gasleidingen moet gaan inspecteren.” In een van de buizen schuilt een langwerpige robot die bestaat uit zo’n twaalf segmenten. Ieder segment heeft wieltjes die in twee richtingen kunnen draaien. Zo gauw Stramigioli de besturing aanraakt, komt de slang met een schok tot leven, en draait zich een eindje om in de buis. „Het idee is dat je zo ook kunt manoeuvreren in bochten en splitsingen”, zegt de hoogleraar robotica en mechatronica.

In een stellage ernaast is een robot te zien die langs een soort monorail kan bewegen om tanks in schepen van binnen te inspecteren, en even verderop staat een bijna manshoge tweebenige wandelrobot op een loopband.

Een promovendus demonstreert een plastic robotprototype dat nauwkeurig een scalpel kan richten. Er zitten geen metalen onderdelen in, zegt hij, de ‘spieren’ van deze robot werken op luchtdruk. Dat maakt hem geschikt voor gebruik in medische MRI-scanners, met krachtige magneetvelden. „Zo’n robot kun je dan inzetten om te helpen bij operaties.”

De robotica bloeit in Nederland. Naast de Universiteit Twente hebben ook de TU Eindhoven en de TU Delft de laatste jaren aanzienlijke robotica-labs opgericht. Spin-offs als het Twentse RoBird, of het Delftse Delft Robotics boren nieuwe niches aan, en een opsomming van de branchevereniging RoboNed telde in 2011 al bijna honderd robotica-projecten en bedrijven. En ‘we’ zijn natuurlijk wél wereldkampioen voetbal geworden met het Eindhovense robotteam TechUnited.

Intussen zuigen robots van een paar honderd euro stof in duizenden Nederlandse huishoudens en maaien hun collega’s buiten gras. Voor de toekomst verwachten we dat robots ouderen verzorgen en het zware eentonige werk in de kassen en op de velden doen, waar dan niemand meer voor te strikken is.

Niet altijd met ieders volle instemming overigens: dit najaar sprak minister Lodewijk Asscher zijn zorgen uit over de robotisering die werkgelegenheid voor laaggeschoolden zou kosten.

Maar, even afgezien van mooie beloften en angstige visioenen, wat kunnen de robots van vandaag nu echt? NRC Handelsblad vroeg vier Nederlandse robotica-experts naar de grootste technische uitdagingen voor de robot.

1 Ze snappen de wereld nog niet

„Er is nog veel te leren. Industriële robots zoals verfspuitrobots in autofabrieken hebben we al zo’n dertig jaar”, zegt Martijn Wisse, robotonderzoeker en een van de oprichters van het TU Delft Robotics Institute, „maar die doen steeds hetzelfde, en ze functioneren in een wereld zonder mensen. Ze zijn sterk genoeg om iemand dood te drukken, dus er staat altijd een hek omheen.”

Van een nieuwe generatie robots verwachten de deskundigen dat ze zich tussen mensen begeven, en in onvoorspelbaarder werelden dan de lopende band in de autofabriek. Wisse: „In de echte wereld zijn onzekerheden, en is de variatie in omstandigheden veel groter. Dat is het eerste probleem”

Een voorbeeld: Wisse is bedenker en coördinator van het grote Europese project Factory in a Day. Robotica-experts werken daarin samen met het midden- en kleinbedrijf om eenvoudige, repetitieve arbeid te automatiseren, liefst binnen een paar maanden. „Er is nog heel veel van dat soort werk in Nederland, bleek ons, denk aan metalen onderdelen ophangen om ze te spuiten.

„Een van die bedrijven verpot bijvoorbeeld yucca-stammetjes”, zegt Wisse. „Duizenden per dag. Hoe moeilijk kan dat zijn?” Moeilijk, zo bleek: want ieder yucca-stammetje is weer anders. Een paar Delftse experts stortten zich een paar dagen fulltime op het yucca-probleem, met hd-camera’s, beeldherkenningssoftware en een robotarm. „Uiteindelijk kwamen we tot een doorbraak, en lukte het, al is de robot nog niet snel en robuust genoeg.”

Delft Robotics, een spin-offbedrijf van het onderzoek, werkt aan toepassingen in de praktijk. De oneindig variabele yucca-stam is een eenvoudig voorbeeld van het soort problemen waar mensen nauwelijks moeite mee hebben, maar waarmee robots worstelen.

„Dit is een foto van mijn bureau”, zegt René van den Molengraft van de TU Eindhoven. Hij laat een plaatje zien van een rommelig bureau vol papieren, een laptop, en andere rommel. „Waar staat nu het flesje Spa?” Inderdaad is er een blauw flesje te ontwaren.

We zitten aan het – iets minder rommelige – bureau van Van den Molengrafts collega-robotexpert Maarten Steinbuch, hoogleraar regeltechniek aan de TU Eindhoven. Landelijk kreeg Steinbuch bekendheid als elektrischeauto-expert, maar hun Eindhovense onderzoeksgroep heeft ook de zorgrobot-in-ontwikkeling Amigo (en zijn opvolger Sergio), het Eindhovense voetbalrobotteam TechUnited, de oogchirurgierobot Preceyes en diverse andere roboticaprojecten onder zijn hoede.

„Als je dit beeld aan een computer geeft, dan zal hij het flesje Spa niet vinden”, voorspelt Van den Molengraft, „de beeldherkenningssoftware zal bijvoorbeeld op zoek gaan naar de basis van het flesje, maar dat kun je hier niet zien door alle papieren.” Van het woord ‘Spa’ op het etiket zijn alleen de letters ‘pa’ te zien. Steinbuch: „En wij mensen kunnen dit zo gemakkelijk.”

Segmentatie heet dit probleem. Hoe scheid je de vele vormen, vlakken en kleuren in verschillende voorwerpen. Steinbuch: „Een van de redenen waarom wij mensen dit goed kunnen is omdat we veel voorkennis hebben. Over lichtinval bijvoorbeeld. En we zien meteen dat daarachter een half open geklapte laptop is, ook al staat hij in een rare hoek. Als we het flesje zoeken, zullen we eerst op het bureau kijken, en niet – zeg – op de grond, omdat dat een logische plek is.”

Voordat robots serieus mee kunnen doen in de mensenwereld, zullen ze in ieder geval een deel van die voor ons vanzelfsprekende wereldkennis ook moeten verwerven.

Van de Molengraft werkt aan een systeem om zulke kennis te representeren. Dan gaat het om voorkennis als de Tweede Wet van Newton: de kracht is de versnelling maal de massa. Maar ook zaken als ‘flesjes staan meestal rechtop’. „Met zulke wereldmodellen moeten robots de wereld niet alleen in kaart kunnen brengen, maar ook redeneren, om in te vullen wat ze niet weten.”

Steinbuch vult aan: „Stel, je staat te koken, maar je weet het recept niet meer precies. Dan ga je even googelen, zo veel meel, zo veel water, zo lang moet het opstaan. Maar er staat niet ‘loop naar het gasfornuis, pak een lucifer, steek die aan’.

Iedereen die kan koken weet dat. Zolang we robots alles tot in de kleinste details moeten uitleggen, zal hun nut beperkt zijn. Uiteindelijk is het doel dat robots leren ook opdrachten met een hoger abstractieniveau aan te kunnen. „Dan zeg je: ‘breng mij drinken’, en dan redeneert de robot: ‘Het is een warme dag, dus zal het wel om iets koels gaan, en dat staat typisch in de koelkast’.”

Problemen van wereldkennis, segmentatie, redeneren en leren worden al decennialang onderzocht in het aanpalende vakgebied van de kunstmatige intelligentie, met soms teleurstellend weinig vooruitgang. „Wat dit betreft is robotica nog in de neonatale fase”, zegt Steinbuch. „Hoe meer je werkt aan robots, hoe meer respect je krijgt voor wat wij mensen kunnen.”

Vandaar dat de meeste robots zich houden aan extreem eenvoudige, relatief gestructureerde omgevingen en taken: aan yucca’s verpotten, of overzichtelijke werelden als robotvoetbal.

Een nieuwe trend in de robotica, zegt Van den Molengraft, is het besef dat het fysieke bestaan een robot kan helpen. „Robots werken nu vaak volgens het principe sense-plan-act: eerst de buitenwereld in kaart brengen, dan een plan maken, en dan iets doen.

Maar bij mensen gaat het heel anders. Als we het flesje echt niet kunnen vinden, lopen we misschien eens om de tafel heen, en verandert het perspectief, en zie je het flesje opeens wel. Door de volgorde los te laten, helpt ons fysieke bestaan ons met waarnemen.

Steinbuch: „Dat soort dingen moeten robots ook leren. Het is nu iets wat je niet verwacht, maar waarom zou een robot niet even rondkijken, of bijvoorbeeld even zacht tegen ons mogen aanduwen als om te voelen of je een mens bent of een tafel.”

2 Ze bewegen te langzaam en te stijf

Om zich motorisch geloofwaardig tussen mensen te bewegen, zouden robots zich eerst soepeler moeten bewegen, een andere uitdaging. Robots zijn vaak minuten aan het rekenen aan de bewegingen van hun ledematen, voordat ze een keertje gaan bewegen.

„Wij doen dat heel anders”, zegt Stramigioli in zijn Twentse lab. Hij gaat met zijn rug naar een deur staan en graait slordig achter zijn rug, om de deurknop in een keer vast te pakken. „Dit is niet een nauwkeurig geplande beweging, ik beweeg gewoon maar wat met losse spieren, en pas mijn spierspanning aan zo gauw ik de deurknop voel. Dat is een heel andere spierspanning dan als ik bijvoorbeeld een naald in een draad steek. Wij denken dat ook robots zo’n variabele soepelheid moeten gebruiken.”

Stramigioli’s groep werkt momenteel aan een robotarm die deel uit moet maken van SHERPA, een reddings-eenheid in de bergen die bestaat uit robots en menselijke experts. De robotarm moet onder andere drones uit de lucht halen die naar lawineslachtoffers zoeken. „Als hij drones uit de lucht plukt, kan hij bijvoorbeeld soepel bewegen, als hij ze inplugt in de lader wat stijver.” Stramigioli laat een van de gewrichten zien, die op commando strammer of losser ingesteld kan worden.

Een bijkomend voordeel van deze lossere spieren is dat ze robots ook veiliger maken voor mensen. Robots bewegen nu vaak zo langzaam omdat dat veiliger is voor mensen die in de buurt zijn. Maar met soepeler spieren mogen ze mensen best eens aanraken.

3 Ze zijn nog erg duur

Misschien wel de grootste uitdaging voor de opmars van de robots, zeggen zowel Wisse, Stramigioli als Steinbuch en Van de Molengraft, is de prijs van robots en robotonderelen. Dat lijkt in de eerste plaats niet echt een technische factor, maar is wel degelijk nauw verwant met ontwikkelingen in de techniek.

Elektronica en onderdelen worden steeds goedkoper, mede door nieuwe 3D-printtechnieken. Tegelijkertijd verwacht iedereen dat de prijs cruciaal zal zijn voor de technologische perspectieven. Steinbuch: „Een robot met twee armen met zeven vrijheidsgraden, op een rijdend platform, kost dus al gauw 50.000 euro.”

De hoop is dat het met robots net zo zal gaan als met de computer, waarvan de opkomst begin jaren tachtig pas goed op gang kwam toen eenvoudige computers betaalbaar werden voor kleine bedrijven en particulieren.

Een doorbraak op dit gebied zou Baxter kunnen zijn, een tweearmige robot op de markt voor 20.000 euro. „Met zo’n prijs kunnen ook kleinere bedrijven zich veroorloven te experimenteren”, zegt Steinbuch.

Een trend in robotland is daarom om onderdelen te standaardiseren, en te werken met modulaire robots, zodat onderzoekers niet steeds het wiel hoeven uit te vinden. Zo werkte Van de Molengraft aan RoboEarth, een systeem waarbij verschillende robots kennis over de wereld kunnen uitwisselen.

Een belangrijk onderdeel van de prijs is het instellen en inregelen van de robot. Vandaar die gunstige prijs van Baxter, want hij hoeft niet geprogrammeerd te worden door een gespecialiseerde kracht, maar alleen ‘getraind’ door een kundige medewerker van het bedrijf.

En als de doorbraak er eenmaal zal zijn? „Ik denk dat mensen nog onvoldoende nadenken over wat we verwachten van robots”, zegt Steinbuch. „Mensen zeggen: ‘je wilt toch geen robot later aan je bed?’ Dat associëren ze met iets kils. Maar kijk eens wat hier gebeurt als ons robotvoetbalteam speelt. Het hele publiek is compleet emotioneel betrokken. Ik denk dat als de robots komen, mensen minder bang zullen zijn.”