De drone waarmee het team deelnam aan de XPRIZE Rainforest-competitie.
© Foto achtergrond: Ontwerpwerk (Adobe Firefly) Foto voorgrond: via Salua Hamaza
Tekst Kim Bakker
Het is lastig om bio-akoestiek te onderzoeken als je hoogtevrees hebt. Ecologen die in het regenwoud data verzamelen, klimmen soms wel vijftig meter hoog en kamperen daar dagenlang. Dit is niet alleen tijdrovend, maar ook inefficiënt. Eén ecoloog kan slechts een klein deel van het immense regenwoud bestuderen, dat bovendien grotendeels ondoordringbaar is voor de mens. Drones bieden een oplossing. Dat is tenminste de hoop van Salua Hamaza, universitair docent aerial robotics (faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) en directeur van het AI-lab Biomorphic Intelligence. Samen met mededirecteur Nergis Tömen en negen promovendi werkt zij aan drones die onder meer dit ecologische werk kunnen overnemen. Dat vereist speciale eigenschappen: zo moet de drone uit de voeten kunnen in dicht struikgewas en kunnen landen op ondergronden die niet vlak zijn, zoals boomtakken. Daarom heeft de drone waarmee het team deelnam aan de halve finales van XPRIZE Rainforest, een wereldwijde competitie voor nieuwe technologieën om de biodiversiteit in het regenwoud beter te onderzoeken, een klauwachtig mechanisme. Hierdoor kan hij, in tegenstelling tot gewone drones, landen op niet-vlakke oppervlakken, zoals boomtakken. Na de landing kan de drone zijn propeller uitschakelen en in stilte geluidsgegevens verzamelen. Als hij genoeg heeft verzameld, opent hij zijn klauwen en vliegt hij terug naar de onderzoekers.
Een drone die kan waarnemen, moet kunnen bepalen welke sensaties relevant zijn en welke niet
Oplossing in de natuur
Op weg naar dat toekomstbeeld is het grootste knelpunt vooralsnog de accuduur. Ook daarvoor ligt de oplossing wellicht in de natuur, zegt Hamaza. “Net als vogels zou je een drone vleugels kunnen geven. Om hem een beetje te helpen met vliegen en om accustroom te besparen.” Maar dat kent weer zijn eigen uitdagingen. “Vleugels maken het moeilijker voor de drone om een positie vast te houden als het waait. Het maakt ze instabieler.” Zelf houdt Hamaza zich niet bezig met vleugels. Wel kijkt ze naar minder in het oog springende fysieke eigenschappen, zoals tastzin. Hiermee moet een drone kunnen ‘voelen’ en zo weten wat zich om hem bevindt, bijvoorbeeld een muur, een boom of een bladerdek. Voor haar onderzoek naar de mogelijkheden om drones tastzin te geven, ontving ze dit jaar een Veni-beurs. Die fysieke toevoegingen kunnen niet zonder AI, zegt Hamaza. Je kunt een drone klauwen, vleugels of tastzin geven, maar hij moet wel weten hoe hij ermee overweg moet. Artificial intelligence moet ervoor zorgen dat de drone zijn extra lichaamsfuncties aankan. Een drone die kan waarnemen, moet kunnen bepalen welke sensaties relevant zijn en welke niet. In een regenwoud wil je dat de drone zo veilig mogelijk door het bos vliegt en op een plek landt waar hij geen schade aanricht. Omdat de jungle leeft en voortdurend verandert, moet de drone met snelle en slimme kunstmatige intelligentie aan boord snel en adequaat kunnen reageren op onverwachte situaties. Zover is het nog niet. Maar uiteindelijk moeten Hamaza’s technische onderzoek en de ontwikkelingen van haar AI-gerichte collega Nergis Tömen samenkomen. De drones zijn dan niet alleen in de jungle in te zetten. De ecologische toepassing waar Hamaza enthousiast over vertelt, is vrij uniek in het vakgebied. Veel soortgelijk onderzoek wordt gefinancierd door bedrijven die niets met biodiversiteit te maken hebben. Ze willen bijvoorbeeld dat drones inspecties uitvoeren op plekken die voor de mens moeilijk te bereiken zijn, zoals windmolenparken op zee.
TU Delft en AI
Kunstmatige intelligentie heeft steeds meer invloed op onderzoeksgebieden en onderwijsprogramma’s van de TU Delft. In het BioMorphic Intelligence Lab kijken onderzoekers naar de natuur om de prestaties van drones te verbeteren op drie gebieden: hun omgeving waarnemen (visueel of tactiel), deze informatie verwerken en handelen naar aanleiding van de resultaten.
Maatschappelijke impact
Hamaza hoopt vooral dat haar drones kunnen bijdragen aan biodiversiteitsonderzoek. En dat haar drones onderdeel kunnen zijn van een reddingsmissie, waarbij ze bijvoorbeeld met behulp van hun tastzin op zoek gaan naar overlevenden in een ingestort gebouw. Dankzij hun ledematen kunnen de drones in de toekomst misschien zelfs helpen mensen onder het puin vandaan te halen, fantaseert ze verder. En denk niet dat drones alleen op aarde kunnen worden gebruikt, zegt Hamaza. Binnen tien jaar hoopt ze dat drones zoals de hare zich bij de Mars-missie voegen. “De Marsrovers kunnen niet vliegen en geen nauwe plaatsen bereiken, en de hedendaagse vliegende ruimterobots kunnen niet op oneffen grond landen. Onze drones kunnen het straks allemaal.”