De realistische robotdieren zijn in opmars. Waar gaat dit heen?

Cyberhonden die de trap op lopen als echte honden, robotvogels die in de lucht amper van echte vogels te onderscheiden zijn. Wetenschappers slagen er steeds beter in realistische robotdieren te maken. Waar gaat dit heen?

Robird: waar vogels wel bang voor zijn. Foto Adrie Mouthaan

Wat zouden ze gedacht hebben, de vlaggenbaarsjes en papegaaivissen, die ineens die vreemdeling over het koraal zagen zwemmen? SoFi heet de nieuwe soort, een afkorting voor Soft Robotic Fish. En hoewel er nog maar één exemplaar van een halve meter lang te bewonderen valt in de oceanen, evolueert het dier in rap tempo.

Eerste generatie, vier jaar geleden: zwemt vooral rechtdoor, kan maar op één diepte vertoeven.

Tweede generatie: zwemt een voorgeprogrammeerd pad, nog steeds moeite met de druk op dieptes van meer dan een meter.

Maar dan nu de derde generatie, wederom van de robotbouwers van Massachusetts Institute of Technology (VS). Dankzij een ingebouwde tank met samengeperste lucht kan SoFi haar drijfvermogen aanpassen en zo dieptes van achttien meter halen. Een duiker zwemt vanaf een afstandje mee, met in de hand de omgebouwde waterdichte controller van een oude spelcomputer. Links, rechts, boven, onder, sneller, langzamer; de duiker verstuurt via geluidsgolven commando’s door het water die de vis binnenkrijgt op een ontvanger achter de kop. Robotbouwer Robert Katzschmann en zijn collega’s dromen al van diverse toepassingen, zoals onderwaterobservaties voor biologen, inspecties van kleine ruimtes, patrouilleren van beschermde wateren en het opsporen van vervuilers.

De filmpjes van SoFi in actie gingen onlangs de wereld over en mochten rekenen op veel bewonderende ‘ohh’s’ en ‘ahh’s’. Een robot die haast zo sierlijk beweegt als de ontwerpen van Moeder Natuur zelf, het spreekt enorm tot de verbeelding, blijkt ook uit de reacties op andere robotachtige dieren die de afgelopen jaren hun debuut maakten. De gracieuze Mantadroid van de universiteit van Singapore; een elektrische rog die op één batterij tien uur lang door turbulent water kan zwemmen. De slimme cyberslang van de Amerikaanse Carnegie Mellon University, die vorig jaar werd ingezet om al kronkelend tussen brokstukken te zoeken naar overlevers van een aardbeving in Mexico. Octobot van Harvard University, gemaakt met een 3D-printer en opgebouwd uit louter zachte materialen. De robothonden van Boston Dynamics, die met hun baasje een rondje kunnen joggen door het park. Komt er een trap aan? Geen probleem, die neemt de robothond ook met gemak.

Waarom is het zo bijzonder dat machines dit kunnen? De bekende robotbouwer Marc Raibert  van Boston Dynamics (VS) legde dit uit door zijn toespraak op het ideeënplatform TED zijn armen te spreiden en te zeggen: ‘Kijk, ik balanceer op twee benen.’

Het publiek reageert niet.

‘Ik zie dat u niet onder de indruk bent’, zegt Raibert, en gaat op één been staan. ‘En nu?’

Dynamische balans en interactie

Daarna begint Raibert van links naar rechts te hinkelen. Ondertussen legt hij uit dat hij toch de hele zaal goed kan blijven zien, en desgewenst kan focussen op één toeschouwer, terwijl hij ook nog eens met z’n hand de afstandbediening van zijn diashow zou kunnen bedienen.

Een koud kunstje voor een mens. En ook in het dierenrijk zijn eindeloos veel indrukwekkende voorbeelden te vinden van dynamische balans (berggeiten die de helling op schieten), interactie met de omgeving (een zwerm spreeuwen die van boom naar boom vliegen zonder met elkaar te botsen) en manipuleren van de omgeving (bevers die een dam bouwen, honden die een weggegooide tennisbal terugbrengen).

Maar voor niet-natuurlijke wezens was die mate van souplesse en subtiliteit lange tijd volstrekt onhaalbaar.

Tot nu. Ineens komt alles samen. Lichtgewicht materialen die robots van hun lompheid verlossen, accu’s die zo lang meegaan dat de robot niet al na één kunstje voor pampus ligt, kleine camera’s die de omgeving in stereo registreren zodat de robot diepte kan waarnemen, een lichaam volgepompt met razendsnelle processoren om al die informatie te verwerken en met motortjes om te zetten in de juiste commando’s om het nieuwe terrein soepel te kunnen trotseren.

Flexibiliteit, ook zo’n eigenschap die onbereikbaar leek voor robots. Maar kijk naar Spot, de cyberhond van de Amerikaanse robotbouwer Boston Dynamics. Geef ’m een schop en de robot balanceert zoals een echte hond zou doen: poten die razendsnel schuifelen over de grond, het lichaam dat wringt en kantelt en dan als een springveer weer fier rechtop staat. Wie de filmpjes ziet, krijgt bijna medelijden met Spot, zó natuurlijk zijn de bewegingen van het opkrabbelende dier. (‘Ik werd heel verdrietig toen de hond een schop kreeg’, schrijft iemand in het commentaar op YouTube. En: ‘Spot gaat nog een keer wraak nemen voor die trap…’)

Toepassingen van al die robotdieren? Wie ziet wat ze nu al kunnen, en die lijn doortrekt naar de toekomst, ziet net als Boston Dynamics-oprichter Raibert een wereld aan mogelijkheden. Zorgen voor ouderen, pizza’s bezorgen, noem maar op. Ook defensie heeft interesse. Denk aan spionagevliegjes vol camera’s en sensoren, of een robotvis die een vijandelijk schip onopvallend kan naderen.

De meeste robotdieren bevinden zich nog in het stadium prototype; vooral bedoeld om in het lab te onderzoeken wat de mogelijkheden zijn. Toch zijn er ook al robotdieren die echt aan het werk zijn. Neem Robird, mede ontwikkeld aan de TU Twente en nu commercieel ingezet door Clear Flight Solutions. Deze cybervogel lijkt op een valk en veel vogelsoorten die overlast geven zijn van nature bang voor deze valken.

Meeuwen, kraaien, raven; ze zijn allemaal gek op de vuilstort en andere plekken om afval te verwerken. Eten in overvloed, net als materiaal om een nest te bouwen. Tegelijkertijd zijn de dieren juist op die plekken niet welkom. Het personeel kan zijn werk niet goed doen als ze omsingeld zijn door agressieve vogels en de dieren zelf kunnen ziek worden van het eten van afval.

Robird Foto Adrie Mouthaan

Niet bang voor een knal, wel voor Robird

Liever naar een andere plek dus, maar hoe? De Nederlandse afvalverwerker Twence ontdekte dat de vogels steeds minder reageerden op het traditionele arsenaal aan afschrikmethoden, zoals knallen en lichtflitsen. Maar voor Robird waren ze wél bang, bleek bij testvluchten. Door de robotvogel aan het begin van het broedseizoen te laten vliegen, ging een aanzienlijk deel van de vogels zich elders vestigen. Maar zou je zoiets niet ook kunnen bereiken met de gemiddelde drone uit de speelgoedwinkel? ‘Absoluut niet’, zegt Nico Nijenhuis, directeur van Clear Flight Solutions. ‘We doen ook veel aan luchtobservatie met gewone drones en daar schrikken vogels niet van. Ja, misschien in het begin als je recht op een vogel af zou vliegen met de drone. Maar daarna komen ze gewoon weer terug. Terwijl de aanblik van zo’n roofvogel… het zit diep in hun evolutionair systeem om daar bij uit de buurt te blijven.’

Clear Flight Solutions, opgericht in 2012, laat zijn robotvogels inmiddels overal ter wereld uitvliegen om vogels te verjagen. Zoals bij luchthavens om botsingen te voorkomen en bij giftige waterpoelen in Canada bij olie- en gaswinning om te voorkomen dat de dieren besmeurd raken. ‘We begonnen ooit met subsidies, maar kunnen nu zelf het hoofd boven water houden. Vorig jaar gingen we door het break-evenpoint.’

Nu wordt Robird nog bestuurd door een mens met een afstandsbediening, maar Nijenhuis wil de robotvalk steeds zelfstandiger laten maken. ‘Dat de vogel zelf beslist wanneer hij opstijgt, zelf beslist waar hij naartoe vliegt.’

Nijenhuis en zijn collega’s kijken ondertussen met grote interesse naar de ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige intelligentie. Daarbij geef je software randvoorwaarden mee, en laat je de programmatuur vervolgens met vallen en opstaan zelf ontdekken wat de beste oplossing is. ‘In het geval van de robotvogel leg je dan vast wat een succesvolle verjaagactie is. Vervolgens gaat de vogel zelf van alles proberen om zo te ontdekken wat bij bepaalde vogelsoorten de beste strategie is. Het is een manier van leren die heel natuurlijk is. Een jong kind leert ook niet ineens lopen, het probeert van alles en ontdekt dan: hé, dit werkt het beste.’

Ook de makers van SoFi, de robotvis uit het begin van dit verhaal, zetten in op meer zelfstandigheid. ‘De duiker kan dan een missie plannen, in plaats van dat hij gedetailleerd moet sturen’, laat ontwerper Robert Katzschmann weten per e-mail. Die missie is in het geval van SoFi niet het afschrikken van vissen, maar de dieren juist ongestoord verder laten leven tijdens onderwaterobservaties. Bij de eerste tests ging dat al goed, aldus Katzschmann. ‘Sommige vissen zwommen mee met SoFi, anderen negeerden haar gewoon.’

'Vissoorten trekken zich weinig aan van duikers'

Maar, eerlijk is eerlijk, iedereen die weleens gedoken heeft, weet dat je vissen vaak óók heel goed kunt zien als je er totaal niet uitziet als een vis. Lange ledematen, een dikke fles op de rug, een maf masker op je hoofd, dikke luchtbelletjes boven je hoofd; soms lijken vissen er zelfs ronduit nieuwsgierig naar. De Nederlandse mariene bioloog Jens Odinga, woonachtig op Saba, heeft veel ervaring met onderwateronderzoek, bijvoorbeeld om de vispopulaties en de hoeveelheid biomassa in kaart te brengen. Soms doet hij dat met camera’s, soms door satellietzenders te bevestigen op haaien, soms handmatig met een waterdicht scorebord en potlood. ‘Naar mijn ervaring trekken vissoorten zich nauwelijks iets aan van duikers, of ze wennen snel. Bepaalde soorten haaien zijn een ander verhaal, die lokken biologen vaak met aas om ze in de buurt van duikers of camera’s te krijgen. Misschien dat SoFi bij zulke moeilijk bereikbare soorten een uitkomst kan zijn. Het is sowieso een mooie innovatie, ik ben erg benieuwd wat er in de toekomst allemaal nog meer mee mogelijk zal zijn.’

Ook hoogleraar mariene ecologie Han Lindeboom ziet de beste onderzoekskansen voor SoFi bij het observeren van vissen die met andere methoden lastig te spotten zijn. ‘Ik zakte ooit langs stalen poten de zee in bij Navy Pier, Australië, een van de beste duikplekken ter wereld. Je weet niet wat je ziet, alsof de hele wereld om je heen uit alleen maar krioelende vissen bestaat.’

Maar zelfs daar laten sommige soorten zich niet zien, vertelt Lindeboom. ‘Een bepaald type kabeljauw gaat er direct vandoor, lang voordat je een kans hebt om hem te kunnen zien.’

Misschien dat SoFi meer kans maakt om het gedrag van deze vis goed te filmen. Al moet je dan natuurlijk eerst onderzoeken hoe kabeljauw reageert op zo’n robotvis. Lindeboom: ‘Misschien dat deze kabeljauw er bij de aanblik van SoFi nóg harder vandoor gaat. Een mooi en knap apparaat hoor, die robotvis, maar het is er niet een waar de gemiddelde kabeljauw snel verliefd op zou worden.’

Grijpen als een octopus

Vastpakken, verplaatsen, draaien, loslaten; in fabrieken barst het van de machines die dergelijke handelingen goed kunnen uitvoeren. Maar die grijpers excelleren doorgaans niet in flexibiliteit. Het apparaat pakt dat ene onderdeel, waarmee het die ene handeling uitvoert en wee je gebeente als de wensen van de klant of fabriek veranderen. De Duitse machinebouwers van Festo maakten daarom deze Octopusgripper. Met luchtdruk krult de zachte grijper zich subtiel om een buis, een fles, een opgerold tijdschrift of een ander object. De siliconen zuignappen aan het uiteinde zuigen zichzelf vacuüm door de druk die de grijper uitoefent op het object, de zuignappen aan de binnenkant krijgen extra zuigkracht mee door ze vacuüm te zuigen. Belangrijk extra voordeel van de Octopusgrijper ten opzichte van de gebruikelijke grijpers in fabrieken: veiligheid. De octopusgrijper is speciaal gemaakt voor zacht contact, ook met uw hand of schedel.

Verkennen als een insect

De Rode Planeet verkennen met een traag rollende robot? Dat moet in de toekomst beter kunnen, vinden ze bij Nasa. De ruimtevaartorganisatie doet een haalbaarheidsstudie naar robotbijen, die uitvliegen over Mars en hun batterij opladen op een voertuig. Met zo’n zwerm cyberbijen is sneller een groter oppervlak te verkennen. De beestjes zijn klein en licht, waardoor je er lekker veel kunt meenemen in een raket tegen een relatief lage prijs. Gaat er een kapot? Geen zorgen, dan zijn er nog tien (of honderd of meer) over. De robotbijen flapperen met vleugels zoals echte bijen dit ook doen. Hier op aarde rondde onder meer de TU Delft al succesvolle experimenten af met flapperende robotvliegjes zo licht als een paar suikerklontjes.

Delfly.

Tillen als een mens-met-wielen

Mooie uitvinding van Moeder Natuur natuurlijk, die benen van mensen die over ruw terrein kunnen stappen. Maar op vlakke ondergrond is het wiel toch ook wel érg handig en energie-efficiënt. Combineer beide in één robot, dachten ze bij Boston Dynamics in de Verenigde Staten. Op demonstratiefilmpjes is te zien hoe deze robot, met de koosnaam Handle, kratten optilt, over obstakels springt en pirouettes draait. Qua postuur is de robotverhuizer wel wat intimiderend als je ‘m tegen het lijf zou lopen: Handle is 2 meter lang, en weegt 105 kilo schoon aan de haak.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.