Hoe een zwerm minirobots onze infrastructuur kan redden
Een groot deel van de Nederlandse infrastructuur is in de decennia na de Tweede Wereldoorlog gebouwd en nadert nu het einde van zijn levensduur. Onderhoud en vervanging worden steeds urgenter. Het leidt tot de fundamentele vraag: waar moeten we beginnen? Welke bruggen hebben als eerste aandacht nodig, en welke kunnen nog wel een tijdje wachten?
Om deze vragen te beantwoorden is gedetailleerdere informatie nodig over de staat van de constructies. Huidige monitoringssystemen zijn grotendeels afhankelijk van statische sensoren die alleen op een beperkt aantal plekken metingen verrichten. Haghighat: ‘Ik was direct geïntrigeerd: dit leek me een perfecte casus voor mijn kleinschalige robots.’
Het onderzoeksgebied van Haghighat is zwermrobotica. Hierbij gaat het om (veelal kleinschalige) robots die individueel relatief eenvoudige taken uitvoeren, maar als groep – of beter gezegd: als zwerm – complexe problemen oplossen. Zwermrobotica is sterk geïnspireerd op de natuur, legt de onderzoeker uit. De voorbeelden zijn talloos: denk aan een school vissen, een zwerm vogels of insecten zoals termieten en mieren. Zij voeren complexe groepstaken uit zonder centrale aansturing en lijken zich daarbij als één organisme te gedragen.
Wetenschappers hebben verschillende hypotheses opgesteld over deze biologische processen. Zo spelen bij insecten bijvoorbeeld feromonen en het waarnemen van trillingen een rol. ‘Het is ontzettend lastig om deze biologische processen volledig te doorgronden’, zegt Haghighat. ‘Wat mij fascineert, is hoe relatief eenvoudige lokale interacties uiteindelijk kunnen leiden tot gecoördineerd gedrag op het niveau van de hele groep. Er is geen centrale ‘leider’ die elk individu vertelt wat het moet doen. Dat is heel anders dan bij mensen, waar meestal een supervisor de groep aanstuurt.’
decoratieve afbeeldingDe kleine robots voeren individueel relatief eenvoudige taken uit, maar als groep – of beter gezegd: als zwerm – lossen ze complexe problemen op.
Het vakgebied zwermrobotica begon zo’n 35 jaar geleden als zwermintelligentie. Onderzoekers wilden natuurlijke zwermen begrijpen en nabootsen. Met behulp van computersimulaties begon men zwermgedrag na te bootsen. Ongeveer twintig jaar geleden ontstond de zwermrobotica. De introductie van smartphones leidde tot een snelle ontwikkeling van kleine, krachtige hardware. Vanaf dat moment werd het mogelijk om kleinschalige zwermrobots te bouwen, zoals drones en onderwaterrobots. ‘We kunnen inmiddels hele coole dingen. Dertig jaar geleden probeerden we het te begrijpen, twintig jaar geleden begonnen we met bouwen, en nu willen we echt impact maken met de toepassingen.’
Haghighat ziet het als haar missie om zwermrobotica toe te passen voor detectie- en inspectievraagstukken. Bij zwermrobotica draait het om groepen mobiele robots die gezamenlijk informatie kunnen verzamelen over de fysieke wereld. Het grote voordeel van een robotzwerm is de schaalbaarheid, legt ze uit. ‘In plaats van één sensor gebruiken we een veelvoud aan sensoren. Als een van de sensoren uitvalt, kan een andere robot het overnemen.’ Dit maakt zwermrobots bij uitstek geschikt voor gevaarlijke of moeilijk bereikbare omgevingen, legt ze uit.
De kleinschalige robots van Haghighat zijn kleine voertuigjes die verschillende sensoren kunnen dragen. De robots zijn hooguit een paar centimeter groot en bewegen zich bijvoorbeeld over een stalen brug met magnetische wielen, waarbij ze de ‘gezondheid’ van de constructie op verschillende plekken meten. ‘Hiermee kunnen we bepalen of de constructie nog in goede staat verkeert of dat er scheuren of andere structurele schade in zit.’
In 2025 ontving Haghighat een Vidi-beurs om de ontwikkeling van autonome robots voor structurele inspectie te versnellen. ‘De Vidi-beurs geeft ons de mogelijkheid om een aantal fundamentele uitdagingen aan te pakken die deze systemen momenteel beletten om autonoom in de echte wereld te functioneren’, zegt ze. ‘Ik verwacht niet dat onze robots over vijf jaar elke brug in Nederland inspecteren. Maar ik hoop vooral dat we kunnen aantonen dat deze aanpak werkt en daarmee de basis kunnen leggen voor verdere ontwikkeling van de technologie, via toekomstig onderzoek, samenwerking met de industrie, of zelfs de oprichting van een start-up onder leiding van een van mijn studenten.’
Geen opmerkingen: