18/01/2023
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van TU München vinden de oplossing in een eeuwenoude vergelijking. Mogelijke toepassingen zijn in de zorg en de vloeistof verwerkende industrie.
Onderzoekers van het Münchener Institut für Robotik und KI-Institut (MIRMI) hebben een model ontwikkeld waarmee een robot thee en koffie sneller en veiliger kan serveren dan mensen - zonder te klotsen. De wiskunde achter de slinger die in het concept wordt gebruikt, is meer dan driehonderd jaar oud.
Theeblad
Kan een robot een betere ober zijn dan een mens? Om deze vraag te beantwoorden, zet dr. Luis Figueredo van de TU München (foto) een robotarm van robotbouwer Franka Emika op een tafel en sluit een computer aan. De hand van de robot grijpt een glas dat tot de rand gevuld is met water, tilt het op en schommelt het heen en weer zonder een druppel te morsen. "En hij doet het sneller en veiliger dan een mens", zegt Figueredo.
Zijn team voedde de robot met algebraïsche formules die enkele eeuwen teruggaan. Ze baseerden hun wiskunde op een Marokkaans theeblad dat het principe van een bolvormige slinger toepast. De onderzoekers integreerden de dynamiek van een bolvormige slinger in de besturingssoftware van de robot. Dat betekent ook dat de bewegingen van de robot worden beperkt door de basisprincipes van geometrie. Het team integreerde ook de juiste hoeken, snelheden en versnellingen in het model.
Slinger
Voor wie begrijpt hoe een slinger beweegt en weet hoe deze werkt, is het simpel. De wetenschap van de 'klotsvrije beweging' is echter een complex veld. De meeste benaderingen waren vooral gericht op het beperken van de versnelling om het klotsen van vloeistoffen onder controle te houden. Of onderzoekers hebben met vloeistofdynamica gewerkt om te berekenen hoe deze stoffen zich gedragen om zo de trajecten te voorspellen. Dat kost veel tijd, en het resultaat is vaak onzeker.
Als praktische toepassing zien de wetenschappers in eerste instantie innovatieve robotondersteuning voor ouderen en zorgbehoevenden. Maar industrieën die betrokken zijn bij het transport van materialen die biologische en chemische gevaren met zich meebrengen, zouden waarschijnlijk ook geïnteresseerd zijn in een dergelijke oplossing. Veiligheid blijft een kritiek punt: een robot moet idealiter in staat zijn om gevaarlijke situaties te herkennen.
Daarvoor iseen betere perceptie nodig. Sensoren zouden de machine niet alleen in staat stellen mensen te herkennen, maar ook hun bewegingen te voorspellen. Dat is de enige manier om botsingen met de robot volledig uit te sluiten. Tot nu toe werkt de robot met tactiele sensoren als veiligheidsmechanisme. In de huidige 'klotsvrije modus' trekt de robotarm zich onmiddellijk terug wanneer hij de botsing waarneemt, maar tegelijkertijd houdt hij ook de vloeistof veilig.
Foto: Wolfgang Maria Weber / TUM