KELLER Nieuwsbrief

Communicatie wordt steeds belangrijker. Zowel tussen producten als tussen mensen. Met onze nieuwsbrief ontvang je iedere twee maanden kort en krachtig KELLER nieuws.

Laagdrempelige diepzee - Laat alles los wat je weet

2 Briefing voor de robot het water in gaatOp de campus van de TU in Delft werkt een groep enthousiastelingen bij Lobster Robotics. Multidisciplinair en creatief en met een sterk staaltje technologie werken zij aan het toegankelijk maken van de diepzee. Anders gezegd, ze verlagen de drempel voor het doen van diepzee-onderzoek.

We gingen op bezoek en spraken met CEO van Lobster Robotics, Stephan Rutten, een van de teamleden. Die na zes weken zijn opleiding technische wiskunde voor gezien hield, bij Lely ging werken en tot de ontdekking kwam dat werktuigbouwkunde een passendere studie was. “Ik wilde dingen bouwen, van kleins af aan eigenlijk al”, vertelt hij. Tijdens zijn studie was hij actief in verschillende projecten zoals het maanrover project: een zesbenige robots voor gebruik op de maan. “Ik was actief in het team dat de cameramodule ontwikkelde die de ogen van deze ‘Zebro’ is. Daar komt nogal wat bij kijken, want je product moet niet alleen een raketlancering overleven, maar ook op de maan betrouwbaar functioneren met onder andere veel temperatuurverschillen als uitdaging. Als student mochten we heel veel zelf uitzoeken, dat was een prachtige uitdaging.”

Hij herinnert zich het gevoel als hij ’s avonds laat van de Uni vertrok. “Het was vaak wel bijna middernacht en dan hadden we de hele dag aan de maanrover gewerkt. Als dan de maan helder aan de hemel stond, was dat iedere keer weer een bijzondere ervaring dat wij de hele dag bezig waren geweest met een robot die daar, hoog in de lucht, zijn werk zou moeten gaan doen!”

Autonoom graag
Na dit project wilde hij een nieuwe stevige uitdaging vinden. “Bij Lely was ik in aanraking gekomen met robots en dat vond ik erg leuk. De combinatie van mechanica, sensoren, signaalverwerking, regelsystemen, software, autonomie, elektronica en dataverwerking: complexiteit verzekerd”, hij lacht erbij: “ik hou ervan!” Een autonome robot die moet opereren in een ongestructureerde omgeving: de ideale uitdaging. “Vier jaar geleden hebben we als studenten daarom zelf een project bedacht. We kwamen erachter dat er op dat moment niets gebeurde met onderwaterrobots, dus daar lag een mooie uitdaging. We hebben met een interdisciplinaire pilotgroep een onderzoeksvoorstel geschreven. Doordat we het interdisciplinair deden, bood het voorstel wat meer speelruimte. We hadden het project gepland met een doorlooptijd van zes maanden.”

Niet gehinderd door overdreven veel ervaring met onderwaterrobots besloot het team de definitie van de onderwaterrobot vanaf nul te bepalen. “Ons startpunt was de vraag: wat moet ie kunnen, daar kwam de discipline systems engineering van pas. De volgende vraag: wat is er nodig betekende een vertaalslag naar functies, dus het concretiseren van het project. Daarna volgde de vertaling naar het componentenniveau. En voor de drukmeter waren we daar snel uit, dat moest een KELLER zijn, dat is de beste en de enige partij die de geschikte sensor betaalbaar aanbiedt. Daarmee kun je tot 600 bar diepte gaan en kun je 99% van al het water op aarde afdekken.”

“Als het niet moeilijk was, deden we het niet.”

 Zo simpel mogelijk
Na zes maanden had het team een globaal inzicht van de opbouw van de subsystemen. “Het streven was om een slim en bruikbaar resultaat op te leveren. Zo simpel mogelijk en ook zo goedkoop mogelijk, daarmee maak je het onderzoeksveld enorm toegankelijk. Dat betekent dat we helemaal terug zijn gegaan naar de essentie van de functie. Teamlid Arthur Admiraal is een echte elektronica geek en ontwerpt al elektronica vanaf zijn tiende levensjaar. Hij vroeg zich af waarom de bestaande oplossingen zo groot zijn. De hele constructie van stalen flessen met schuim eromheen is ingegeven door het feit dat veel elementaire componenten niet bestand zijn tegen druk. Als je dat gegeven wilt omzeilen, moet je het betere omdenken inzetten en Arthur kan dat!”

Proof of principle
Met een afgeschaalde versie van wat het uiteindelijke product zou moeten kunnen, maakte het team het eerste proof of principle rond. “Het gebruikelijke principe van een onderwaterrobot is een torpedo-vorm met aangedreven propellers. Daarmee kun je de robot alleen sturen als hij beweegt. Wat wij voor ogen hadden is meer volgens het principe van een quadcopter, zodat je in alle richtingen kunt manoeuvreren, ongeacht de beweging. Voor het grote concept hebben we een mix gemaakt van een quadcopter en een torpedo en dat hebben we getest in een zwembad.” Hij moet nog steeds breeduit lachen als hij vertelt hoe ze aan het testen waren terwijl in het bad ernaast een Pilates-les voor vijfenzestigplussers aan de gang was. “Je moet alles uitvinden en omdat je met veel complexe subsystemen te maken hebt, moet je goed uitzoeken welke integraties je onder welke omstandigheden aan welke testen moet onderwerpen. Je kunt je voorstellen dat we nu hele uitgebreide testprogramma’s hebben. Ietsje uitgebreider dan die eerste tests van toen.”

Opbouw
Er werd gestart bij de basisbenodigdheden. Een batterij, een computer, camera, licht en propellors. “Bij een Amerikaanse start-up vonden we de juiste propellors, voor lampen zijn led’s heel bruikbaar. De camera bleek nog een flinke uitdaging, maar als je die zo klein mogelijk maakt heb je minder volume voor de drukbehuizing nodig. Bepaalde types batterijen zijn van zichzelf al drukbestendig en ook een computer kun je zonder luchtgevulde ruimtes construeren. Als behuizing gebruikten we een stuk pvc-pijp, gewoon zoals je voor regenpijpen gebruikt. Die vulden we af met olie en bij het Alfred Wegener Instituut in Duitsland vonden we een locatie waar we naar hartenlust en tot 600 bar konden testen. We werden daar heel vriendelijk ontvangen en kregen van de hele behulpzame en vriendelijke Herr Wulff de ruimte om een paar dagen lang verschillende testen uit te voeren. Herr Wulff was zelf ook erg nieuwsgierig naar onze ontwikkelingen.”

In de afgelopen jaren is er nogal wat ontwikkelingen geweest op robotgebied. Het team heeft zich niet laten beperken door wat er is maar is helemaal teruggegaan naar de basis. “We hebben eigenlijk alles helemaal uitgekleed en zijn opnieuw gaan ontwikkelen. Gelukkig hebben we een sponsorbeurs gekregen van Allseas, die hoopt de Lobster – zoals we hem hebben gedoopt – in te kunnen gaan zetten voor deep sea mining. Op dat gebied hebben de meeste wetenschappers nogal wat aarzeling en willen ze nog tientallen jaren wachten voordat ze dit pad gaan betreden. Maar zo veel tijd hebben we waarschijnlijk niet. Dus is er een compromis nodig, en onze Lobster kan al relatief snel grootschalig onderzoek doen naar ecosystemen. Met de huidige onderwaterrobots is dat veel te kostbaar, wij kunnen daar een hele mooie rol in vervullen. De Lobster kan minder dan die robots, maar is daardoor heel betaalbaar en bruikbaar.” Hij lacht en maakt een prachtige vergelijking: “Het is als een Zwitsers zakmes versus en een aardappelschilmesje. Welke gebruik je liever om aardappels te schillen?”

2 De robot ligt klaar om opgepikt te worden met een bootje

Diepzeeuitdagingen

Over de uitdagingen zo diep onder het wateroppervlak vertelt Stephan: “Je bent een stuk beperkter doordat de sensortechniek compressievrij moet zijn. En ook GPS werkt niet onder water. Voor het navigeren onderwater hebben we complexe software en daarmee maken we als het ware zelf een onderwaterkaart. De hardware is heel simpel, de software is daarentegen juist heel complex. Maar daarmee hebben we wel direct een goed schaalbare oplossing.” Het hele ontwerp is erop gericht dat zaken makkelijk aangepast kunnen worden en is daarom modulair opgebouwd.

Diepzee-onderzoek wordt nu vooral ingezet voor onderzoek een strategieontwikkeling. Commercieel wordt het nog niet ingezet, de ISA- International Seabed Authority, is verantwoordelijk voor het beheer van de zeebodem en bepaalt wat er is toegestaan. Er mogen nu alleen testen worden uitgevoerd voor de apparatuur. Voor de Lobster zien we twee belangrijke toepassingen, bij Assets en Onderzoek. Dat onderzoek is voor ons heel belangrijk, maar tegelijkertijd is dat een lastige omdat je er geen duidelijke businesscase voor kunt maken. Bij Assets, dan moet je denken aan kabels, windmolenparken en leidingen, kunnen we de ontwikkeling van de ecologie bij natuurgebieden monitoren. Als je weet dat een veld zeegras maar liefst veertig keer meer CO2 opslaat dan een regenwoud voor hetzelfde land- of zeeoppervlak, dan snap je dat dat best wel belangrijk is. En sinds dat dit bekend is, wordt er veel gedaan aan het herstel van het zeegras. Maar deep sea mining – met als eerste kobalt en nikkel - zal toch al wel in 2030 nodig gaan zijn, afhankelijk ook van de geopolitieke ontwikkelingen. Dus misschien is dat, gezien de huidige ontwikkelingen op dat vlak, nog wel een hele voorzichtige inschatting.”

Geen ‘challenge’
Begon de Lobster als een ‘leuk’ studieproject, inmiddels is het uitgegroeid tot een bedrijf. “De reacties uit de markt waren dusdanig dat we besloten een bedrijf op te richten. Sowieso zagen we dit al vanaf het begin niet als de zoveelste studentenrecordpoging, en wilden we het niet als een ‘challenge’ oppakken. We wilden echt onze eigen weg volgen. We zijn met zes aandeelhouders met ieder onze eigen expertise. En we zijn nu bezig met een samenwerking met WUR waarbij we een behoorlijk hoog niveau kunstmatige intelligentie ontwikkelen. We willen het liefst dat de robot zelf keuzes maakt en beslissingen neemt.”

Het team had gehoord van de claims van de sensoren van KELLER. “Arthur is met Martijn Smit van KELLER Nederland gaan praten om te kijken of die claims ook kloppen en of die ook bruikbaar was voor ons doel. Want een sensor is natuurlijk ook maar zo goed als je hem uit kunt lezen. En onze eisen liggen iets hoger dan de gemiddelde industrie nodig heeft, dus zochten we een echte specialist op dat gebied. Toen heeft Arthur aan Martijn gevraagd: ‘geef ons die sensor, dan kijken wij hoe we het maximale eruit kunnen halen’. Tja, en dan komt er nog een ander aspect om de hoek, want voor de risicobeheersing wil je dat alle componenten liefst ongeveer hetzelfde level van maturity hebben. En de link tussen de hardware en de software, dat zijn de meet- en regelsystemen. Je intelligentie moet zich baseren op het baseren op het beeld dat uit de meet- en regelsystemen komt. Daar komt de samenwerking met WUR weer om de hoek.”

Aaibaar
Het project Lobster heeft een hoge aaibaarheidsfactor. “We zien overal dat dit project veel goodwill heeft. En ook de businessleads lopen nu binnen, eigenlijk sneller dan we hadden verwacht. We hebben een eerste pilot gedaan in het IJsselmeer en dat heeft de robot goed doorstaan. Dit jaar staan er pilots en testen op de Noordzee op het programma en ons team is inmiddels uitgebreid met vier fulltime stagiaires. We willen nu een monitoringsysteem ontwikkelen, een andere start-up is bezig met de benodigde kunstmatige intelligentie verder op te pakken die nodig is voor het verwerken van de data tot nuttige inzichten. Wij richten ons puur op het verzamelen en verwerken van de gegevens.”

8hp.jpgNu wordt de Lobster dus getest in meren, dan in de Noordzee, vervolgens de diepzee en: “de stap die daarna komt, is de ruimte. De Lobster heeft ook voor die toepassing een grote pré en dat is de lichtgewicht constructie. Het is mijn droom om naar de maan Europa te gaan, bij Jupiter, en daar de zee onder het ijs te onderzoeken, die wel 100 kilometer diep is! Daar kun je met onze robot op vrij elementair niveau aantonen dat na een bepaalde diepte een drukongevoelige constructie altijd lichter en kleiner is dan een constructie die gebruik maakt van drukbehuizingen.” Hier komt de passie van de ruimte weer om de hoek, want de ogen van Stephan lichten op: “En op Titan is een zee van vloeibaar methaan, dat is weer een heel ander speelveld, maar daar zou de constructie van de Lobster zich ook prima voor lenen. In heel ons zonnestelsel zijn veel onderzoeken te doen en de ruimtevaart staat te springen om een Lobster. Dus we zijn voorlopig nog wel even zoet!”

De toegepaste druksensor is er één uit de Serie 8HP. HP staat voor High Pressure, een aanduiding voor sensoren met een verstevigde behuizing voor hoge drukken zoals bij diepzeetoepassingen het geval is. De sensor is voorzien van een mathematisch model. Dat betekent dat KELLER de sensor op diverse temperaturen een 0 - 100% drukcyclus laat ondergaan. Bij deze test worden alle afwijkingen vastgelegd. Dit resulteert in een dataset, uniek voor die specifieke sensor, die vervolgens in de software wordt geïmplementeerd. De software gebruikt deze data als een soort opzoektabel, waardoor voor een bepaalde druk/temperatuurcombinatie de juiste waarden in de dataset wordt gebruikt. Hiermee wordt de nauwkeurigheid tot in het hoogst haalbare geoptimaliseerd. KELLER is een van de weinige fabrikanten die dit soort maatwerk ook voor kleine oplages levert.

 

 

Op dit moment is het doen van onderzoek in de diepzee een kostbare aangelegenheid: het verzamelen van de juiste experts, het charteren van een onderzoeksschip en het leasen of kopen van robots maken onderzoek allemaal erg complex en duur.

Het team van Lobster Robotics gelooft dat betere technologie dit kan veranderen. Met simpele en doeltreffende onderwaterrobots die qua status vergelijkbaar zijn aan een Volkswagen Golf ten opzichte van een Ferrari. Niet zo flitsend, maar wel doeltreffend. Hierdoor kan de focus terug het onderzoek zelf, in plaats van naar de apparatuur en kunnen budgetten effectiever worden besteed, terwijl er meer onderzoek kan plaatsvinden.

 

2 Het team vroeg in de ochtend bij Windpark Fryslan in februari

Nieuwsbriefarchief