Smart HealthSmart Industries

10 min

De volgende stap: robots inpluggen in het IoT

Ze lijken voor elkaar voorbestemd: robots en het Internet of Things (IoT). Het zou robots de kans geven om zich vrij te bewegen en met elkaar en mensen samen te werken. Maar om dat mogelijk te maken is volgehouden multidisciplinair onderzoek nodig, op diverse domeinen zoals deep learning, slimme planningtechnologieën, interfaces tussen robot en mens en technologie-aanvaarding. De imec-onderzoeksteams buigen zich over al deze thema’s. Ze werken aan een aantal mooie projecten die tonen wat er op termijn allemaal mogelijk wordt. 

Scroll

Omgaan met onverwachte voorvallen

“Robots zijn nu al erg succesvol, maar wel vrijwel uitsluitend als geïsoleerde machines, bijvoorbeeld voor de productie van auto’s,” zegt professor Pieter Simoens van het IDLab, een imec-onderzoeksgroep aan de UGent. “Ze voeren hun werk op één plek uit, vastgeschroefd in de vloer of zelfs in een kooi om de mensen in hun omgeving te beschermen. Deze robots werken met informatie van hun eigen sensoren of sensoren in de nabije omgeving en ze kunnen slechts op een beperkt aantal voorspelbare gebeurtenissen reageren.”

Als de technologie zich verder blijft ontwikkelen, zullen robots zich in de toekomst veel vrijer kunnen bewegen. Denk aan butlers die een gebouw doorkruisen om ons leven eenvoudiger te maken, aan zelfrijdende voertuigen en drones die zelf hun weg vinden om pakjes te leveren of aan geautomatiseerde systemen voor opsporing en redding van mensen in nood.

“Maar robots die meer autonomie krijgen, komen ook vaker in onverwachte situaties terecht,” zegt Pieter Simoens. “De omgeving waarin ze zich bewegen verandert voortdurend: een deur die altijd openstond, is plots gesloten; meubels krijgen een andere plaats; wegen zijn gedeeltelijk geblokkeerd… En als ze onderweg andere robots tegenkomen zijn conflicten bijna onvermijdelijk.”

Een robot kan zich maar succesvol vrij bewegen als hij de hele tijd informatie uitwisselt met zijn slimme omgeving, en dat in de twee richtingen. Het IoT is zo’n omgeving en de robot maakt er als het ware deel van uit. Hij ontvangt informatie van allerlei sensoren en signaleert zelf zijn positie en bedoelingen. In die zin wordt hij zelf een bewegende, dynamische sensor. Een butlerrobot in een slimme woning ‘vertelt’ aan de omgeving waar hij naartoe wil, zodat hij onderweg niet voor een toevallig gesloten deur staat. En de schoonmaakrobot in dezelfde woning maakt duidelijk welke vloer hij net heeft gedweild, want anders glijdt de butlerrobot misschien uit.

Bovendien mag een robot nooit koppig zijn en ten koste van alles op zijn doel afgaan. Hij moet bereid zijn om zijn volgende stappen te herbekijken, een pauze te nemen of een alternatieve route te plannen. “Daarom ontwikkelen wij technieken om een opdracht op voorhand alleen in grove lijnen te plannen,” zegt Pieter Simoens. “Pas net vóór ze worden uitgevoerd, worden de abstracte hoofdtaken in concrete deeltaken omgezet. Een robot krijgt de planning voor een concrete actie dus pas wanneer die actie aan de beurt is en de context op dat ogenblik bekend is.”

En ten slotte moeten de diverse robots en actuatoren in een bepaalde slimme ruimte met elkaar samenwerken en overleggen wat de beste aanpak is. Ze sturen bijvoorbeeld hun plannen naar een gemeenschappelijk platform dat conflicten oplost, een gecoördineerd plan uitwerkt en instructies naar de robots stuurt.

zora

Zora, klaar om diensten te leveren aan residenten in woonzorgcentra

De menselijke factor

“Het zal je waarschijnlijk niet verbazen dat de mens de meest onvoorspelbare factor is die een robot in een slimme omgeving kan tegenkomen,” zegt An Jacobs, professor en sociologe verbonden aan SMIT, een imec-onderzoeksgroep van de VUB. “Wij willen in onze slimme omgeving graag robots die nuttig werk verrichten en nog aardig zijn ook. Maar voorlopig weten wij nauwelijks wat mensen verwachten van hun robots, welke diensten die robots zouden moeten leveren en welke interactie met robots mensen op prijs stellen.”

“Om geschikte robotdiensten te ontwikkelen kunnen we zeker beginnen bij het bestaande en uitgebreide onderzoek naar de interactie tussen mensen en computers. Maar robots voegen hier een dynamische laag aan toe, met fysieke interactie en contextgebaseerde intelligentie. Dat maakt dit onderzoek zo innovatief en uitdagend.”

Een van de projecten waarin de imec wetenschappers hun onderzoek konden valideren en verfijnen was de ontwikkeling van een nieuw type robot voor de productielijnen van Audi in Brussel. Samen met een aantal gespecialiseerde bedrijven ontwierpen zij een ‘cobot’, een collaboratieve robot. Die werkt veel flexibeler samen met zijn menselijke collega’s dan de traditionele robots. An Jacobs: “Die cobot aan het werk krijgen leverde ons nogal wat uitdagingen op. Bijvoorbeeld: hoe maak je flexibele, sensorgedreven cobots robuust genoeg om te functioneren in een lawaaierige, dynamische omgeving als een autofabriek? En hoe willen de arbeiders op de werkvloer eigenlijk samenwerken met robots? Wat verwachten ze van zo’n robot als die hen helpt met hun dagelijkse taken?”

Een van de cruciale problemen in de interactie tussen mens en robot is het aanleren wat de robot moet doen - en niet mag doen. Traditioneel komt daar intensief programmeerwerk bij kijken. Een robot zomaar even snel voor een andere taak inzetten is er dus niet bij. Maar de imec-onderzoekers en hun industriële partners bedachten voor hun cobot een heel nieuwe, intuïtieve en efficiënte manier om snel instructies door te geven. Elke operator zou ermee overweg moeten kunnen om op die manier de cobot flexibel te laten reageren op plotse en vaak complexe wijzigingen in het productieproces.

An Jacobs: “Dit is ons gelukt door allerlei multimodale sensordata te combineren afkomstig van warmte-, diepte- en kleurencamera’s, sensoren voor stroommeting, en een nieuw ontwikkelde torsiesensor. De robot krijgt hiermee een gedetailleerd beeld van zijn omgeving en van de mensen in zijn buurt . Hij beschikt zelfs over gezichts- en gebarenherkenning om zijn menselijke collega’s te herkennen en om hun gebaren en bewegingen te interpreteren.”
walt robot

De cobot ‘Walt’ aan het werk in de Audi-fabriek te Brussel

Living labs

Toen de onderzoekers de cobot ontwikkelden, konden zij op geen enkele manier alle mogelijke scenario’s oplijsten waarin die zou terechtkomen. Zij kozen voor een andere, innovatieve aanpak.

“Robots worden vandaag grotendeels ontworpen en getest in labo’s waar er slechts een  minimale, voorspelbare interactie is. Maar wij willen onze robots net in een onvoorspelbare omgeving laten opereren,” zegt An Jacobs. “Daarom zijn we gestart om ze in living labs te ontwikkelen en te testen. Zo’n living lab is een slimme omgeving die lijkt op de plek waar ze uiteindelijk zullen werken, inclusief feedback van IoT-omgevingssensoren en interactie met echte gebruikers. Ons imec.icon WONDER-project is daarvan een goed voorbeeld.”

Het WONDER-project had tot doel om een humanoïde robot in te zetten voor interactieve en persoonlijke zorgservice in woon-zorgcentra. Bejaarden in rusthuizen vragen voortdurend aandacht, zeker als ze dementerend zijn. Met WONDER wilden de projectpartners nagaan of het mogelijk is om bewoners constant te ondersteunen en ze met persoonlijke feedback te kalmeren als dat nodig zou zijn. Het is de bedoeling dat de extra service van de robot complementair is met de menselijke touch van de zorgverleners, om zo de behoefte aan medicatie en fysieke inperkingen te verminderen en bijgevolg de levenskwaliteit van de bewoners te doen stijgen. Echte zorgverleners - verpleegkundigen, therapeuten, artsen - waren intensief betrokken bij de ontwikkeling en verfijning van de taken van de robot, dat in de context van een actief woon-zorgcentrum. “Dit stelde technologiespecialisten, zorgverleners en onderzoekers in staat om het concept verder te verfijnen, extra mogelijkheden te ontdekken en vooral te zien welke beperkingen de bewoners zelf opleggen aan het gebruik van een robot.”

Sindsdien heeft imec ook een gespecialiseerd living lab gebouwd, het HomeLab in Gent. Het is de eerste onafhankelijke testomgeving voor slimme woningtoepassingen en -diensten in Europa. HomeLab is een huis van twee verdiepingen, met een oppervlakte van 600 m², waar wetenschappers en gebruikers tijdelijk kunnen verblijven om prototypes en producten op het gebied van IoT en IoRT (Internet of Robotic Things) te testen en samen te ontwikkelen. De technische gangen, verhoogde vloeren en verlaagde plafonds en het open domoticasysteem bieden een enorme flexibiliteit om slimme toepassingen zoals robots te ontwikkelen en de interoperabiliteit met andere systemen te testen.

“Een van de eerste projecten die wij gedeeltelijk ontwikkelen in het HomeLab is het imec.icon project ROBO-CURE,” zegt Pieter Simoens. “Wij willen een humanoïde robot inzetten als assistent voor kinderen met pas gediagnosticeerde diabetes. Eerst verblijven de kinderen in het ziekenhuis, waar de robot hen helpt met hun gepersonaliseerde therapie. Voorbeelden zijn het helpen van de kinderen met hun dieet en insulineopname, maar ook om de glucose- en insulinesensoren correct te gebruiken. Daarna willen wij de robot met de kinderen mee naar huis sturen voor een aantal dagen, om hen verder te helpen met de nieuwe therapie. In het HomeLab gaan wij na hoe onze robot patiënten in een dagelijkse situatie kan ondersteunen. Af en toe zullen er ook mensen tijdens het weekend blijven overnachten, zodat wij alle mogelijke situaties, conflicten en mogelijkheden voor zorgbijstand kunnen observeren.”

Homelab

Het HomeLab in Gent

 

Meer weten?

  • Het imec.icon programma ondersteunt vraaggedreven, coöperatief onderzoek waarbij multidisciplinaire onderzoeksteams van wetenschappers, industriepartners en/of social-profitorganisaties samen werken om innovatieve oplossingen te ontwikkelen die daarna hun weg vinden in het marktaanbod van de partners. Voor meer informatie, ga naar deze webpagina of mail ons op icon@imec.be.
  • Meer informatie over de drie imec.icon projecten die in deze tekst zijn vermeld, vind je op de respectievelijke webpagina’s van  ClaXon, WONDER en ROBO-CURE.
  • De arbeiders van Audi Brussel gebruiken gebaren om met de nieuwste generatie robots te communiceren,  imec press release.
  • Video over het WONDER-project, waarin robot Zora bewoners van een woon-zorgcentrum helpt.
  • Video over HomeLab, imecs gespecialiseerde testomgeving voor robotdiensten in een slimme omgeving.

Biografie An Jacobs

Professor An Jacobs is verbonden aan het departement Communicatiewetenschappen van de VUB (Brussel). Zij staat aan het hoofd van de unit ‘Digital Health and Work’ van SMIT, een imec-onderzoeksgroep aan de VUB. Haar belangrijkste interesses betreffen gebruikersgericht design en living lab-onderzoek. Daarbinnen bestrijkt ze in een breed veld: samenwerking tussen mensen en robots, gezonder leven met wearables en apps waarbij de persoon centraal staat, en beter op mensen afgestemde algoritmes voor beslissingsondersteunende systemen in de gezondheidssector en de industrie.

Biografie Pieter Simoens

Pieter Simoens is professor bij IDLab, een imec-onderzoeksgroep aan de UGent. Zijn onderzoek richt zich op het wegwerken van beperkingen en conflicten in systemen met gedistribueerde intelligentie. Hij kijkt daarbij naar technieken uit de artificiële intelligentie, zoals symbolische planners, deep learning, en de intelligentie van zwermen om op die manier bvb. robots beter en intelligenter te laten functioneren. Pieter doet ook onderzoek naar het overzetten van algoritmes op neuromorfische hardware, om zo  een radicale verbetering van snelheid en energie-efficiëntie te bekomen. 

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over. Lees ook ons privacy statement.

Accepteer cookies