Halfautonome huishoudrobot beweegt langzaam naar de markt

Ouden van dagen en andere hulpbehoevenden zouden een stuk zelfstandiger kunnen zijn wanneer een robot de alledaagse huishoudelijke klusjes afhandelt. Het ontwikkelen van zo’n systeem is echter complex. Het Rose-project aan de TU Eindhoven zette daarom in op een hybride model: een robot met genoeg autonomie voor simpele zaken en een operator op afstand voor de ingewikkeldere situaties. Een mens in de loop houden blijkt op allerlei vlakken voordelen te hebben, vertelt Cock Heemskerk van Hit, dat de Rose-robot de komende jaren commercieel levensvatbaar wil maken.

Pieter Edelman

Een jaar geleden viel het doek voor Rose bv, dat de gelijknamige semiautonome zorgrobot marktrijp probeerde te maken. Maar Rose is een jaar later springlevend. Sterker nog: roboticaspecialist Heemskerk Innovative Technology (Hit) greep de opening van zijn nieuwe vestiging in Delft vorige maand aan om een nieuw model te presenteren. Dat moet volgend jaar ingezet gaan worden voor een nieuwe ronde praktijktests. Binnen een jaar of twee moet dit leiden tot een marktrijpe propositie, daarvan is Hit-directeur Cock Heemskerk overtuigd.

Het idee achter Rose is om een robot te maken die hulpbehoevenden en ouden van dagen kan helpen met alledaagse simpele klusjes in het huishouden: drinken inschenken, tafel dekken, kleding in de wasmachine doen, de voordeur openen, enzovoorts. Gebruikers worden daardoor zelfredzaam en kunnen vaker of langer zelfstandig wonen. Rose kan hiervoor rondrijden op wieltjes en is uitgerust met een robotarm om objecten vast te pakken. De robot vergroot zijn werkgebied door in hoogte te verstellen en beschikt over een camera, dieptesensoren en een microfoon om de omgeving waar te nemen.

De robot is echter niet geheel autonoom, en dat was ook nooit het uitgangspunt; Rose staat voor Remotely Operated Service Robot. Een machine die op afstand bestuurd wordt dus, maar die tegelijkertijd voldoende autonomie heeft om een aantal zaken zelfstandig uit te voeren. De robot moet bijvoorbeeld zelf naar de keuken kunnen rijden als de operator daartoe opdracht geeft. Zo hoeft het systeem niet met elke complexe situatie in een menselijk huishouden om te kunnen gaan, en wordt de operator zodanig ontlast dat die meerdere robots tegelijk kan beheren.

Loodglazen venster

Rose werd oorspronkelijk ontwikkeld aan de TU Eindhoven, waarbij er al vrij snel ook praktijktests mee werden uitgevoerd met beoogde gebruikers. Toen de activiteiten in 2012 werden ondergebracht in een spin-off, trad zorgverzekeraar CZ op als investeerder en werden praktijkproeven ingericht voor drie verschillende situaties: bij ouderen thuis, in een verzorgingstehuis voor ouderen en in hightech woningen ingericht voor mensen met een beperking. Dat moest inzicht verschaffen in praktische aspecten voor zowel gebruikers als zorgpersoneel, maar ook in de economische modellen.

Hit raakte in 2014 betrokken bij het project, in de eerste plaats vanuit zijn expertise rond het op afstand besturen van geavanceerde robotica. Die kwam uit een heel andere hoek: het onderhoud van de experimentele kernfusiereactor Iter, die momenteel in Frankrijk wordt gebouwd. Vanwege de radioactiviteit moet dat onderhoud net als bij een traditionele kernreactor worden gedaan met een telemanipulator. Alleen is de manipulator – zoals alles aan Iter – een stuk complexer. ‘Vanuit de traditionele nucleaire wereld kennen we puur mechanische telemanipulatoren waarbij de master en de slave via kabels aan elkaar verbonden zitten. De operator bedient de slave met een of twee handen terwijl hij door een loodglazen venster direct de hot cell in kijkt’, legt Heemskerk uit. ‘Bij Iter zijn de objecten die je moet hanteren veel groter en je hot cell staat in een ander gebouw dan de reactor. De besturingskamer voor de robots die daar werken, zit weer een paar honderd meter verderop. Dus dat is geen mechanische afstandsbesturing maar meer een elektrische.’

Op het moment dat Heemskerk in gesprek raakte met de initiatiefnemers van Rose, werd de robotarm direct aangestuurd met de joystick. Vanuit het Iter-project wist hij echter dat aansturing via een coördinatensysteem beter werkt en hij opperde het idee om dat ook bij de Rose-arm toe te passen. ‘Die overstap van een simpele joystick naar een haptische aansturing maakt een grote spong voorwaarts mogelijk. Als we de joystick gebruiken met de commerciële Kinova-arm, dan doe je er ongeveer een minuut en twintig seconden over om een flesje water te pakken en ergens anders neer te zetten. Op het moment dat we een haptische interface gebruiken, puur positieaansturing zonder krachtterugkoppeling, dan gaat het zo intuïtief dat diezelfde handeling in dertig seconden gaat.’

Vijf keer te traag

Zo raakte het bedrijf als partner betrokken bij de ontwikkeling van Rose, te meer omdat Heemskerk ook raakvlakken zag met andere projecten van Hit. Het werkte eerder bijvoorbeeld aan de nieuwe Phileas-bus die autonoom op de Franse wegen moest gaan rijden, en aan een robot voor het internationale ruimtestation. ‘Net als in de nucleaire industrie gaat het om autonome en op afstand bestuurbare robots, in een omgeving waar het belangrijk is dat je veilig, robuust en betrouwbaar bent, maar ook in een omgeving die veel onzekerheid meebrengt. Met een zorgrobot heb je soortgelijke issues’, legt Heemskerk uit.

De grote puzzel die echter voor een zorgrobot gelegd moet worden, is hoe het kosteneffectief kan. In de zorgmarkt is kosten besparen immers het credo, heel anders dan in de ruimtevaart, big science of zelfs de automotive-wereld. Het laatste prototype van de Rose kost echter zestig- tot honderdduizend euro. Een fors bedrag voor zorginstellingen en helemaal voor particuliere gebruikers.

‘Toch zijn er al scenario’s te bedenken waarin de robot zijn waarde kan bewijzen’, denkt Heemskerk. ‘We hebben bijvoorbeeld technisch aangetoond dat de robot kan tafeldekken. Daar doet hij nu tien minuten over, terwijl er in de breakdown van de zorgverzekeraar twee minuten voor staat. Dus is de robot vijf keer te traag. Maar als een verpleegkundige in een groot verzorgingshuis eerst vijf minuten onderweg is om de tafel te dekken, en dan weer vijf minuten terug, en een uur later weer om de tafel af te ruimen, dan kost dat dus twee keer twaalf minuten. Dan is de robot sneller.’

Hij moet wel toegeven dat de vergelijking een beetje gekleurd is. Rose wordt immers op afstand bestuurd, dus er is nog steeds personeel bezig. ‘Maar we denken dat dat straks nagenoeg helemaal autonoom kan en de operator alleen af en toe hoeft in te grijpen wanneer die ene handeling spaak loopt. Dus stel dan dat Rose alleen kan tafeldekken en afruimen, maar dat wel bij tien mensen doet met twee maaltijden per dag. Dan rekent het al rond.’

Twaalf miljard euro

Om de ontwikkeling van de autonomie te versnellen, onderzoekt Hit momenteel de mogelijkheden om machine learning in te zetten. Rose wordt immers op afstand bestuurd, dus een specifieke handeling zoals een deur openmaken kan makkelijk worden voorgedaan. Wanneer dat vaak genoeg gebeurt, kan de software leren generaliseren.

Bovendien kan een deel van het leerproces ook worden gesimuleerd. Voor de ontwikkeling en certificatie van de Iter-telemanipulatoren ontwikkelde Hit namelijk een eigen simulatie-engine, die met name de contactdynamica goed weet na te bootsen. ‘In de nucleaire wereld moet je traditioneel een exacte kopie maken van het echte ding voor je certificeringen. Maar Iter kost twaalf miljard euro; daar gaan ze echt geen complete kopie van bouwen. Met onze interactieve contactdynamicasimulatie kun je een slave in hoge kwaliteit simuleren. Als die ergens tegenaan komt of een object pakt, dan kun je dat voelen en heb je er veel meer controle over.’

Hoe dan ook moet het plaatje voor Rose er dus steeds gunstiger uit komen te zien naarmate de tijd vordert. ‘Je kunt alle handelingen al doen doordat je begint met teleoperatie, waarbij je steeds nieuwe dingen bijleert’, verklaart Heemskerk. ‘We sprokkelen nu handelingen bij elkaar en die vullen we in in de spreadsheet. Kunnen we dit, en hoe snel, en wat is het waard? En als we daar genoeg van hebben, dan hebben we business. Op dit moment hebben we nog niet genoeg, dus we moeten nog meer proefprojecten doen. Maar dat punt gaan we in anderhalf, twee jaar bereiken.’

Toch is het niet de bedoeling om de robot ooit helemaal autonoom te krijgen. ‘Stel dat je mevrouw Jansen hebt die op kamer 203 woont, die wil wat drinken en belt naar de zorgcentrale’, schetst Heemskerk. ‘De robot trekt zichzelf los van het laadstation en rijdt naar de lift, drukt op de knop, gaat naar de tweede verdieping, passeert kamer 201, 202, en komt dan een obstakel tegen. Je kunt de robot zo slim maken dat hij autonoom via de lift aan de andere kant van het gebouw alsnog naar de kamer toe rijdt. Maar dat is niet wat je zou willen, want misschien is het ‘obstakel’ wel mevrouw Jansen die al uit bed was gekomen. Dan heb ik liever dat er iemand in de zorgcentrale even meekijkt en meteen hulp inroept. Zo’n besturing op afstand als fallback, die heeft meerwaarde, die geeft kennis over de echte wereld.’

Toch twee armen

Ook qua hardware moet er nog het een en ander gebeuren. Een van de belangrijkste thema’s daarin is de arm op de robot. De vorige Rose’s gebruikten een Robai-arm met vrij goedkope Dynamixel-servomodules, eigenlijk meer een slurf dan een arm. ‘Uit kostenoogpunt’, verklaart Heemskerk. ‘De visie, die ik overigens deel, was dat mensen zo’n robot zelf kunnen veroorloven als hij in de prijscategorie zit van een kleine middenklasse auto.’

Deze arm bleek echter toch niet krachtig en bestuurbaar genoeg voor de praktijk. Daarom is in de robot waar nu de praktijkproeven mee worden uitgevoerd, overgestapt naar een commercieel beschikbare Kinova-arm. ‘Die is een stukje robuuster en sneller, daarmee gaat het al gelijk beter. Maar hij is ook een stuk duurder, dus dat is een setback in de ontwikkeling eigenlijk.’

De robot waar nu mee wordt getest, is de laatste versie ontwikkeld door Rose bv. De komende tijd zullen de proeven hier nog mee doorgaan, maar de opvolger staat al wel klaar: de Tiago, samen met het Spaanse Pal Robotics ontwikkeld. Die moet een aantal van de tekortkomingen in de huidige robots oplossen. Zo heeft deze robot in tegenstelling tot de eerdere Rose’s een ronde basis, die bovendien een stuk kleiner is. De nieuwe versie wordt daardoor behendiger en kan op de plaats draaien, wat ook de padplanning weer eenvoudiger maakt. Ook niet onbelangrijk – hij is al een stuk betaalbaarder. ‘Het komende half jaar staat die nog hier in het lab om dingen te leren. Als de nieuwe Rose in januari buiten mag spelen, is die op zo goed als alle fronten beter dan de huidige, maar nog wel experimenteel’, vertelt Heemskerk.

Voor het daadwerkelijke commerciële model zal er daarna nog een nieuwe hardware-iteratie nodig zijn. ‘Het huidige model van Rose bv is de komende anderhalf jaar nog wel state-of-the-art. Deze nieuwe robot is bedoeld om te leren wat de volgende stap moet zijn, wat het platform nog meer moet kunnen’, zegt Heemskerk. ‘Misschien moet de lift hoger worden, of moet de robot verder kunnen rijden of moeten er misschien toch twee armen op. Dan wordt ie wel duurder, maar ook generieker.’

Wat in ieder geval niet meer weggaat, is de tablet op de borst van de robots. Tablets bleken de laatste jaren erg succesvol in de zorg. Ze kunnen bijvoorbeeld helpen herinneren medicijnen in te nemen, maar gebruikers ook uitdagen met spelletjes of sociaal isolement doorbreken door contact te leggen met mantelzorgers. ‘Maar op de robot wordt het heel anders’, stelt Heemskerk. ‘Met een normale tablet praat je als het ware door een venster met iemand die ver weg is. Bij Rose ziet iedereen het als embodiment: de cliënt ervaart de operator als lokaal aanwezig hoewel die fysiek aan de andere kant van de wereld kan zitten. Heel apart.’