Snelle opmars servicerobots, AG 18-02-2005

Servicerobots komen uit hun beschermde productieomgeving, betoogt Richard van der Linde, maar daarmee ontstaan meteen de problemen. zij hebben moeite met de ‘echte wereld’. Toch zullen servicerobots op korte termijn doorbreken in onder meer de entertainmentindustrie en het huishouden. Hoewel Nederland de kennis in huis heeft, speelt het nog nauwelijks een rol in deze ontwikkeling.

De laatste jaren staan robots weer helemaal in de spotlights. Dat robots het gaan maken deze eeuw is voor velen al geen vraag meer. De vraag is meer: In welke vorm, wanneer en waar gaat het gebeuren? Laten we eerst eens kijken naar wat we met robots willen. Dat zijn eigenlijk alle taken die vallen onder de classificaties: dirty, dull of dangerous. Robots hebben in 1969 hun intrede dan ook gemaakt met het overnemen van monotone productiehandelingen van mensen. Vandaag de dag zijn er een kleine 8oo.ooo industriële robots wereldwijd actief in de productieautomatisering. Er is echter veel meer aan de hand in robotland. Googlen op het woord ‘robot’ levert zo'n 1.000.000 hits op. Er lijkt veel meer te kunnen met robots dan productieautomatisering. Sterker nog, recente ontwikkelingen kondigen een nieuwe trend in de robotica aan.

Servicerobots
Een kleine blik in de bedrijvenactiviteiten leert ons het volgende. Sony heeft zich met de vier- en tweevoeter, respectievelijk Aibo en Qrio, in het entertainmentsegment gepositioneerd. Honda is met de indrukwekkende mensrobot Asimo vast van plan om de groeiende markt voor de thuiszorg in Japan te veroveren. ook bedrijven als Toyota en Fujitsu hebben recentelijk de ring van de robots betreden. Electrolux, Kárcher, Siemens, Dyson en iRobot zijn het gevecht om de stofzuigrobot begonnen. In de medische robotica heeft Intuitive Surgical een indrukwekkende vierarmige robotmanipulator voor de minimaal invasieve chirurgie, en Accuray bestralingsrobots. ook in de orthopedie en de neuronavigatie vinden we medische robotsystemen die de chirurg al bij duizenden interventies geholpen hebben. Onderwaterrobots zijn inmiddels gemeengoed bij het verrichten van offshore-bergingen, -installaties en- inspecties. De trend is dat robots in een rap tempo de afgebakende productieomgeving aan het verlaten zijn om de mens te assisteren in zijn (dagelijkse) taken. Deze robots worden servicerobots genoemd en brengen een breed scala aan nieuwe toepassingen met zich mee: van revalidatie tot puur vermaak, van brand blussen tot stofzuigen, van delicate medische interventies tot het verrichten van handelingen zes kilometer onder de zeespiegel. De geschatte waarde van de installed base ligt momenteel rond de 3,8 miljard dollar, waarvan de grootste segmenten de onderwaterrobots; de medische robots en de entertainmentrobots zijn (zie kader).

De echte wereld
Servicerobots treden dus uit de beschermde productieomgeving, de `echte wereld' in. Hierbij gaan allerlei onzekerheden de robot
parten spelen omdat zijn omgeving niet meer geconditioneerd is zoals in een productieomgeving. Denk hierbij bijvoorbeeld aan lichtomstandigheden en logistiek, maar ook aan de vele verschillende objecten en situaties waarmee wij voortdurend in de echte wereld in aanraking komen. Met name natuurlijke omgevingen (zoals een kas met planten of een landschap) zijn door hun complexiteit moeilijk interpreteerbaar en veranderen sterk in de tijd. Dit introduceert onzekerheden die het voor de robot moeilijk maken om beslissingen te nemen en om acties vooraf te plannen. Functioneren in de echte wereld is lastig voor robots.
Biologische systemen hebben allerlei indrukwekkende voorzieningen om om te gaan met de complexe omgeving om ons heen. Ons brein telt bijvoorbeeld naar schatting 1oo.ooo.ooo.ooo neuronen. Ieder neuron staat in verbinding met duizenden andere neuronen, en iedere dag worden er miljoenen neurale verbindingen verbroken en weer gemaakt. Onze ogen hebben per stuk een resolutie van 12 megapixels, een getal wat de beste digitale camera nog niet haalt. Onze handen hebben naar schatting 17.000 sensoren om tast- en pijnprikkels door te geven, en ons lichaam telt 639 spiergroepen die tweehonderd gewrichten aansturen, getallen die de meest geavanceerde robot met een veelvoud overtreffen. Bij dit alles verbruikt de mens bovendien slechts rond de Zoo Watt aan energie, wat gelijk staat aan het verbruik van een simpele desktop pc. Vergeleken met de biologie, staan robots pas aan het begin van de evolutie. Er zijn wel interessante ontwikkelingen gaande. Zo wordt er aan de TU Delft gewerkt aan robots die geïnspireerd zijn op biologische bewegingsprincipes. Er is al aangetoond dat het inbrengen van natuurlijke spiereigenschappen zorgt voor natuurlijke en energetisch efficiënte bewegingen. Ook wordt er op het gebied van omgevingsinterpretatie en het nemen van beslissingen in de echte wereld vooruitgang geboekt. Zo is er recentelijk een robot ontwikkeld die zich automatisch kan
aanpassen aan de momentane daglichtcondities, en wordt er aan een slimme camera gewerkt die de functie van de oogbewegingen van de mens nabootst. Mondiale ontwikkelingen als opkomst van betaalbare rekenkracht, efficiënte high-performance actuatoren en slimme sensoren zullen meehelpen in een verdere verbetering van robots. Technologisch gezien is de meest exotische robotvariant, en de grootste uitdaging, de mensrobot, ofwel humanoïde robot. Deze vormt al eeuwen lang de ultieme uitdaging voor robotici. Uit een rapport van het Forschungszentrum Karlsruhe uit Zooi blijkt dat bij de huidige stand van de techniek de eerste simpele toepassingen voor humanoide robots anno 2oo6 verwacht kunnen worden in de entertainment. De grootste technologische problemen worden voorzien op het gebied van intelligentie en communicatie. Zo worden robots in het huishouden en als personal assistants pas over vijftig jaar verwacht.
Stofzuigen
Wat kunnen we verwachten van de servicerobots de komende jaren? Op kortere termijn is de verwachting van de United Nations dat voor 2007 de waarde van de installed base voor servicerobots verdriedubbelt naar 9,7 miljard dollar. Entertainment en stofzuigrobots zullen hierin de grootste groeimarkten zijn, maar ook op medisch gebied, onderwater en bij defensie&veiligheid zal de groei sterk zijn. Er wordt door bedrijven en overheden momenteel flink geïnvesteerd in servicerobots. Die investeringen gaan zich volgens de Japan Association of Robotics, JAR, ook ruimschoots terugverdienen. Zo voorspelt de JAR dat de markt voor thuisrobots alleen a172 miljard dollar bedraagt in 2025. Als de voorspelling van de JAR uitkomt, krijgt Joseph i
Engelberger, die in 1989 voorspelde dat servicerobots eens de grootste klasse van robottoepassingen zou worden, uiteindelijk gelijk. Perspectieven genoeg, dus wat kan een doorbraak nog in de weg staan? Dat zijn voornamelijk de hoge ontwikkelingskosten die alleen op te brengen zijn door de grote bedrijven. De vele kleine bedrijven die actief zijn met servicerobots, moeten de hoge ontwikkelingskosten ook nog eens over relatief kleine nichemarkten terugverdienen. Schaalvergroting is hierbij een must om de verkoopprijs van robots acceptabel te houden. Kleine bedrijven alleen zijn dus kansloos en zullen moeten samenwerken om in deze markt mee te kunnen spelen.
We zien dat samenwerking wel degelijk tot innovatieve resultaten kan leiden. Neem bijvoorbeeld de samenwerking tussen speelgoedgigant Hasbro en het robotbedrijf iRobot (honderd man groot en gelieerd aan het MIT) die samen succesvol een robotspeelgoedpop ontwikkeld hebben voor een consumentenprijs van honderd dollar. In Duitsland zijn ook goede voorbeelden van innovatie door samenwerking te vinden, met name in de medische technologie. Nederland doet het goed in met name de agrosector (zie kader). Het robotvoetbal is een nuttig non-profit samenwerkingsplatform dat probeert oplossingen te bedenken voor het functioneren van robots in de echte wereld (zie Automatisering Gids, 1 oktober 2004, pag. 15).
Nederland
Op de agrosector en enkele nichesectoren na, speelt Nederland momenteel nauwelijks een rol in de veelbelovende ontwikkelingen van servicerobots. De meeste toonaangevende robotontwikkelingen komen uit Japan en Korea en de USA. Dat komt omdat daar grote ontwikkelingscentra voor robotica zijn, waar de kennis en de expertise geclusterd aanwezig zijn. Die centra krijgen bovendien veel overheidsgeld. Europa kent nauwelijks dit soort toonaangevende centra. Er zijn wel netwerken als Euron en Clawar opgezet om samenwerking op Europees niveau te stimuleren. Toch hebben die tot nu toe relatief weinig industriële activiteiten opgeleverd. Dat is ook niet eenvoudig omdat ieder marktsegment zijn eigen specifieke problemen kent. Daarnaast is vruchtbare samenwerking tussen universiteiten en bedrijven in verschillende landen vaak moeilijk te bereiken.
Aan kennis lijkt geen gebrek in Nederland. Deze is alleen heel erg verspreid aanwezig. Het is onder meer het gebrek aan kritische massa waardoor we dreigen achter te lopen. Ook aan innovatie is op zich geen gebrek. Het zet zich alleen op te beperkte schaal om in bedrijvigheid, beter bekend als de kennisparadox. De Technische Universiteiten (Delft, Twente en Eindhoven), Universiteit Wageningen, de Academische Ziekenhuizen en gerelateerde kennisinstellingen zijn daarom bezig samen een centrum in Nederland neer te zetten voor onder andere geavanceerde robotsystemen. Het instituut heeft als voorlopige werknaam `Biocompatible Systems Institute' ën zal zich gaan richten op systemen die functionaliteit van biologische systemen aanvult of vervangt. Ook intelligente ondersteuning voor de mens zoals diagnostische apparatuur en intelligente instrumenten zullen hieronder vallen.


De vraag welke vorm een doorbraak in robotica zal hebben, lijkt voorlopig dus te beantwoorden met: servicerobots, vooral op die gebieden waar bedrijven een grote markt zien. Entertainment zal een belangrijke markt zijn. omdat de humanoïde robot hier een geliefde vorm is, wordt deze al binnen enkele jaren als commercieel product verwacht. ook de stofzuigrobots zullen de komende jaren gemeengoed worden in onze huishoudens. De sectoren medisch, onderwater en defensie &veiligheid zullende komende jaren blijven groeien maar geen doorbraak veroorzaken.
op de vraag waar deze ontwikkelingen gaan plaatsvinden, is op dit moment het antwoord: `voornamelijk buiten Nederland en buiten Europa'. De mate waarin Nederland het tij nog kan keren, zal afhangen van de mate waarin het in staat is gezamenlijk toonaangevende ontwikkelingen te starten en deze om te zetten in innovatieve industriële activiteiten.
RICHARD VAN DER LINDE Ac • 18-02-'05

Dr. ir. Richard Quint van der Linde is adviseur bij Altran Technologies Nederland in het Robotica Skillcentrum (vanderlinde@altran-tech.nl) en oprichter van het Delft Biorobotica Laboratorium aan de Technische Universiteit Delft (https://dbl.tudelft.nl).

Toegevoegde informatie:

Melkrobots waren de eerste commercieel verkrijgbare robots in het agricultureel marktsegment. Recentelijk zijn er meer soorten robotsystemen verschenen, zoals stekrobots (o.a. rozen en lidcactussen) en oogstrobots (chrysanten). De markt voor deze systemen is in ontwikkeling en er wordt hard gewerkt aan nieuwe systemen. Een komkommerplukrobot draait al in de proefkas en een rozenoogstrobot, een tomatenbladbreker en een gerberaoogstrobot zijn in ontwikkeling. Nederland loopt wereldwijd voorop in deze ontwikkelingen. Als deze ontwikkelingen doorzetten kan dit een grote nieuwe markt betekenen voor servicerobots.

Er zijn verschillende typen servicerobots die in verschillende markten opereren.

De belangrijkste zijn:

1.    Onderwaterrobots. Onderwaterrobots worden gebruikt voor het in kaart brengen van gebieden in de oceaan, of het verrichten van inspecties en handelingen op afstand. Ze zijn zeer waardevol gezien het hoge risico en slechte bereikbaarheid van het werkgebied. DE waarde van de installed base wordt geschat op 1,4 miljard dollar. Nederland doet zo goed als niet mee in deze markt.

2.    Medische robots. De meetse medische robots zijn veelal geen echte robots, maar tele-operatiesystemen. Het systeem maakt niet zelf beslissingen, maar kopieert en optimaliseert de bewegingen van een chirurg of ondersteunt de apparatuur. De waarde van de installed base wordt geschat op 350 miljoen dollar en zal de komende drie jaar verdubbelen. Nederland doet niet mee in deze markt.

3.    Robots voor thuisgebruik. De robots voor thuisgebruik is een verzamelbak van entertainmentrobots (speelgoed, hobby en educatie) schoonmaakrobots (zoals stofzuigers, grasmaaiers) en gehandicaptenrobots (zoals rolstoelrobots). Entertainmentrobots vormen verreweg de grootste markt met een waarde van de installed base 1,1 miljard dollar en zal voor 2007 verviervoudigen. Schoonmaakrobots maken nu hun intrede en zullen voor 2007 een installed base bereiken van 2,7 miljard dollar. Nederland doet niet mee in deze markt.