In zijn missie om mensenlevens te redden laat de reddingsrobot zich door niets tegenhouden. Hij ontwijkt behendig smeulende vuurtjes en klimt eenvoudig over grote brokstukken heen. Kleinere obstakels pakt hij op en gooit ze aan de kant. Hij is onderweg om een scheur, waaruit radioactief afval lekt, in een kernreactor te dichten. Hij werkt zich door betonnen muren heen, klimt op ladders en kan zelfs auto’s besturen.
Dat is het ideaalbeeld van de reddingsrobots die momenteel ontwikkeld worden door onderzoeksgroepen wereldwijd, met name in de Verenigde Staten. De nieuwe superheld van blik. Het onderzoeksinstituut van het Amerikaanse ministerie van defensie DARPA zette onlangs zelfs een wedstrijd op om een nieuwe reddingsrobot te maken.
Fukushima
DARPA bedacht de wedstrijd na de ramp met de kernreactor in Fukushima. “Het inspireerde ons om robots te laten ontwikkelen die bij dat soort rampen mensenlevens redden. Tijdens de eerste 24 uur waren er mogelijkheden om de impact van Fukushima te verminderen, maar mensen mochten er niet heen vanwege de radioactieve straling”, zegt programmamanager Gill Pratt van DARPA.
Er werden al reddingsrobots ingezet bij Fukushima, maar volgens DARPA kon er nog veel worden verbeterd. Daarom bedachten ze acht taken die robots moeten volbrengen, waaronder autorijden, gereedschap gebruiken en ladderklimmen. “Die zijn representatief voor wat robots moeten kunnen tijdens een ramp.” Eind dit jaar moeten de robots klaar zijn en gaat de winnaar met twee miljoen euro aan de haal.
Eenvoudig zijn de taken niet. “Alle acht afzonderlijke opdrachten zijn in het verleden al in laboratoria gedemonstreerd”, zegt Paul Oh van Drexel University. Zijn onderzoeksgroep bouwt reddingsrobot Hubo, die de bouw heeft van een 10-jarige jongen en het meest lijkt op een ruimtevaarder. “Maar er is nog niet een robot die buiten het lab alle taken heeft voltooid. Laat staan in extreme omstandigheden.” Gill beaamt dat. “Wij hopen dat de nieuwe ontwikkeling van reddingsrobots een grote stap verder gaat, doordat robots meerdere taken aan kunnen.”
Androïde
De robots opereren in een omgeving waar normaal mensen werken. Dus moeten ze deuren openen, gereedschap hanteren en schuiven en kleppen omzetten die normaal door mensenhanden worden gehanteerd. Oh koos daarom bewust voor een androïde, een robot die op een mens lijkt. “Hubo kan door zijn bouw bijvoorbeeld eenvoudiger op een ladder klimmen.”
In totaal worden acht reddingsrobots ontwikkeld aan Amerikaanse universiteiten, die allen mee doen aan de wedstrijd van DARPA. Zes deelnemers bouwen net als Oh een androïde. De andere twee teams zijn geïnspireerd door apen en hebben de veelzeggende namen Robosimian en CHIMP.
Het grote voordeel van de aapbots is dat ze stabieler lopen. “Rechtop lopen is ontzettend lastig voor robots. In wezen vallen mensen voorover als ze een stap zetten. Onze CHIMP beweegt op vier poten tegelijk en dat zorgt voor veel meer stabiliteit, met name als hij over puin heen moet. Dat doet hij veel sneller dan androïden”, zegt Tony Stentz van het Robotics Institute van Carnegie Mellon University. Stentz ontwikkelt CHIMP, een aapachtige robot met rupsbanden op de plek van de onderarmen en scheenbenen om extra stabiel voort te bewegen.
Geïnspireerd op een aap
De specialisten zijn het er over eens dat autorijden de grootste uitdaging is. Daardoor leggen reddingsrobots eenvoudiger een grote afstand af. Dat is met name belangrijk omdat rampgebieden vaak groot zijn. “Voor veel mensen is het vaak al lastig om een auto in te gaan. Je trekt je hoofd in, buigt je rug en laat je in de stoel vallen”, zegt onderzoeksleider Brett Kennedy van het Jet Propulsion Laboratory van NASA, dat Robosimian ontwikkelt.
“Voor robots is het nog moeilijker, omdat ze van niet flexibel materiaal gemaakt zijn. Daardoor buigen ze hun rug lastig en als ze zwaar zijn en zomaar neerploffen in de zitting, zakken ze er misschien wel doorheen.”
Robosimian heeft vier poten en is geïnspireerd op een aap. “Een Orang-oetan stapt eenvoudiger in en uit een auto dan jij of ik. Daardoor heeft onze robot een voordeel op androïden. Eenmaal in de auto hebben we wel een probleem. Want alles is gemaakt voor mensen.” Waarschijnlijk zit Robosimian daardoor uitgezakt in de stoel zodat hij met zijn poten bij de gas- en rempedalen kan. “We weten nog niet helemaal hoe we het aanpakken. Onze robot in een auto zal er hoe dan ook vreemd uitzien.”
Ook het doorbreken van een muur, zorgt voor hoofdbrekens. Met name bij androïde Hubo van Paul Oh. “De robots mogen daarvoor gereedschap gebruiken, zoals een moker of een zaag. Maar Hubo heeft de bouw van een tienjarige jongen en daardoor weinig kracht. Het zal lastig voor hem zijn om met een moker een muur in te slaan. We denken strategisch en ontwikkelen een computerprogramma dat aangeeft waar de muur het zwakst is.”
Bediening
De robots zijn semiautonoom; voor een groot deel opereren ze zelfstandig. Maar voor specialistische klussen, zoals het openen van deuren of auto rijden, worden ze bestuurd door een bediener op afstand. Via camera’s en sensoren bepaalt hij of zij wat de robot doet. CHIMP maakt bijvoorbeeld gebruik van deze aanpak. "Op het moment dat hij dreigt om te vallen, grijpt hij zelf in.
CHIMP bepaalt ook zelf hoeveel kracht hij zet om iets vast te pakken of een klep om te zetten. De bediener kan hem ook opdrachten geven om iets op te pakken, dat bevel is voldoende", zegt Stentz.
De bediener van CHIMP krijgt via camera’s, die onder meer in de kop en armen verwerkt zijn, een goed beeld van waar de robot zich begeeft. “Daarnaast creëren we een 3D-model van de omgeving. Zogenaamde Laser range finders brengen via laserstralen de geometrie van de omgeving in beeld. Stel dat CHIMP vastzit omdat zijn arm buiten de auto hangt. Dan kan de bediener door het 3D-model en camera’s in de arm heel precies zien hoeveel ruimte hij heeft om de arm te buigen.”
Kakkerlakrobot
Naast de grote reddingsrobots, worden ook veel kleinere robots voor reddingswerk ontwikkeld. Zoals slangenrobots die mensen opsporen na aardbevingen en overstromingen. Ze hebben als grote voordeel dat ze gemakkelijk door kleine kieren kruipen. Een andere veelbelovende aanpak is de ontwikkeling van een mechanische kakkerlak ter grootte van een schoenendoos. “Door de zes poten beweegt een kakkerlak heel stabiel. Dat is met name handig als er veel puin ligt”, zegt Gabriel Lopes, verbonden aan de Technische Universiteit Delft en ontwikkelaar van kakkerlakrobot Zebro. Daarnaast is hij verbonden aan de RoboCup wedstrijd voor reddingsrobots die in Eindhoven (Nederland) wordt gehouden.
In zijn laboratorium in Delft, laat Lopes zien hoe Zebro eenvoudig over blokken van verschillende lengte dendert. Af en toe lijkt het ding vast te zitten tussen twee hogere blokken in. Maar Zebro weet zich door zijn slaande poten al snel weer te bevrijden en raast verder. Door met een iPad naar links of naar rechts te sturen geeft Lopes de richting aan van Zebro.
Het is volgens Lopes geen toeval dat veel reddingsrobots geïnspireerd zijn op de natuur. “Mensen en dieren zijn in miljoenen jaar geëvolueerd en hebben zich aangepast aan de omgeving, daar kunnen wij ons voordeel meedoen. Het voordeel is in mijn ogen het grootste bij insecten. Met zeer weinig hersencapaciteit kunnen ze grote obstakels aan. Door hun bouw, hoeven we ze niet bijzonder intelligent te maken. Ik hoop dat kakkerlakken in plaats van een plaag uiteindelijk mensen gaan redden.”
Aardbeving
De onderzoekers die reddingsrobots ontwikkelen zijn het er over eens dat samenwerken tussen verschillende types een must is. “Als er in de toekomst een ramp is, moeten we een team van robots sturen. Grote reddingsrobots die door muren heen slaan. Kleine robots, die onder rotsblokken kijken. Ze vullen elkaar uitstekend aan”, zegt Kennedy. Ook Lopes is daar van overtuigd. “Bij een aardbeving kan je een leger van robots sturen. Ze moeten dan wel met elkaar communiceren. Stel dat een kakkerlakrobot een arm onder een blok ziet, dan kan hij dat doorgeven aan mensen en robots.”
Naast het voorkomen of beperken van nucleaire rampen, willen de ontwikkelaars ook reddingsrobots maken die tijdens overstromingen functioneren. Lopes maakt flexibele poten voor Zebro, die stijf zijn tijdens het lopen en flexibel als vinnen tijdens het zwemmen. “Wij willen Hubo waterdicht maken en leren zwemmen, zodat hij bij rampen als Katrina snel mensen kan helpen”, aldus Oh.
Vallen en opstaan
De grote vraag is of aan het eind van dit jaar al een robot gepresenteerd wordt, die alle acht taken van DARPA uitvoert. “Ik denk dat het nog net te hoog gegrepen is”, zegt Kennedy. Lopes: “Reddingsrobots hebben een geweldige potentie, maar hebben nog nooit een mens gered in een rampgebied.” Ook weinig hoopvol is dat het Japanse bedrijf Toshiba vorig jaar een reddingsrobot aan de pers toonde, die het tijdens de presentatie begaf.
“De ontwikkeling gaat met vallen en opstaan”, zegt Kennedy. “Op dit moment werken meerdere onderzoeksgroepen aan veelbelovende technologie. Als het dit jaar niet lukt om een volledig functionerende reddingsrobot te maken, die al ingezet kan worden bij een ramp, dan lukt het wel volgend jaar. Of het jaar daarna. Ze zorgen ervoor dat we in de toekomst niet meer langs de zijlijn moeten kijken naar een ramp zoals bij Fukushima. Ik ben er van overtuigd dat het niet lang meer duurt voordat reddingsrobots de eerste mensenlevens redden.”
Dit artikel verscheen eerder in EOS magazine