Kunnen we robot Baymax bouwen voor de zorgsector?

In films zijn robots meestal bloeddorstige wezens die de wereld willen veroveren. Zelf word ik pas enthousiast wanneer ik robots op het zie scherm verschijnen die op een positieve manier bijdragen aan mens en maatschappij. Zo presenteerde Disney ons in 2008 al de schattige Wall-E, een robot die de vervuilde aarde weer bewoonbaar maakte. Big Hero 6 vertelde in 2014 het hartverwarmend verhaal over het veertienjarige genie Hiro dat bevriend geraakt met Baymax, een grote opblaasbare robot. Vanaf 29 juni staat zorgrobot Baymax klaar voor een nieuwe lading avonturen op Disney+.

Waarom opblaasbaar?

Dat Baymax een opblaasbare robot is, is geen toeval. Producer John Lasseter instrueert zijn mensen om voor de start van een nieuwe animatiefilm altijd eerst op onderzoek uit te gaan. Zo belandde Disney in het robotica-labo van prof Chris Atkeson in de befaamde Carnegie Mellon University. Daar zagen ze een opblaasbare robotarm aan het werk die bijvoorbeeld mensen eten geeft. Waarom opblaasbaar? Traditionele robots zijn metalen onderdelen die aangedreven worden door motoren. Ze komen voort uit de industriële robots die heel precies moeten zijn. Dat maakt ze gevaarlijk, waardoor ze enkel in kooien mogen opereren, afgesloten van mensen.

Intussen wordt echter steeds duidelijker dat we vooral robots nodig hebben die mensen kunnen assisteren, in plaats van robots die mensen vervangen. Daarvoor moeten robots dus in een omgeving kunnen werken die geoptimaliseerd is voor mensen. En welke machine is daar beter voor geschikt dan een robot die dezelfde vorm en functionaliteit heeft als een mens?

Geïnspireerd door de mens

Onze spieren zijn soepel of elastisch. Mens en dier zijn opgebouwd uit heel wat andere soepele materialen zoals vet. Die beschermen onszelf en anderen bij botsingen. Naar analogie ontwikkelen onderzoekers en bedrijven opblaasbare robots of robots met zachte materialen in verwerkt. Deze tak in de robotica heet 'soft robotics'.

Zachte robots hebben het moeilijk met scherpe kantjes. Na een wild avontuur herstelt Baymax zijn lekken met plakband. Mens en dier zijn echter in staat wonden en breuken zelf te herstellen. Daarom ontwikkelen we aan de VUB en imec zelfherstellende robots. Snij je de vinger van de robot door, dan kan, wanneer de twee stukken terug aan elkaar gezet worden, het robotonderdeel zich spontaan herstellen.

Baymax heeft ledematen die geïnspireerd zijn door de mens. Robots met benen hebben minder moeilijkheden met trappen dan robots met wielen. Een robot heeft armen en handen nodig om objecten en werktuigen te kunnen manipuleren. Nu zijn deze eigenschappen nog aartsmoeilijk voor een robot. Atlas van Boston Dynamics, momenteel één van de meest geavanceerde robots ter wereld, kan al heus wat, maar is toch nog een eind verwijderd van de handigheid van mensen.

Naast de fysieke interactie met de buitenwereld is ook de sociale interactie belangrijk. We willen op een intuïtieve en eenvoudige manier met robots kunnen interageren. Wij communiceren met spraak, maar ook met niet-verbale kanalen zoals emoties en gebaren. Robots moeten dit ook kunnen. Hoewel de mimiek van Wall-E en Baymax gestileerd is, begrijpt iedereen wat de robots voelen of hun intenties zijn.

Zulke sociale robots bestaan al jaren - denk aan Nao en Pepper - maar het is vandaag nog steeds moeilijk om de interactie natuurlijk te doen verlopen. Voor spraakherkenning (zoals Siri) en beeldherkenning zijn nog heel wat vorderingen nodig. Die gegevens moeten dan real-time verwerkt worden om het gepaste sociaal gedrag te vertonen. In het begin van de film had Baymax moeilijkheden met het begrijpen van menselijke emoties, maar geleidelijk aan wordt hij er beter in en krijgt hij een eigen persoonlijkheid. Ook daar werken robotingenieurs aan, met zelflerende robots. Bovendien kreeg Baymax een diep inzicht in wat goed en fout is, een soort bewustzijn. Ondanks de rasse ontwikkelingen van artificiële intelligentie, begrijpen we nog maar weinig van het menselijk bewustzijn - laat staan de ontwikkeling ervan in machines. Het gebruik van robotica is dan ook voer voor hevige ethische debatten.

Hyperspectrale ogen

Baymax kijkt naar de wereld door twee hyperspectrale camera's. De robot kan daardoor niet alleen zichtbaar licht observeren, maar ook andere delen van het elektromagnetisch spectrum, die voor menselijke ogen onzichtbaar zijn. Baymax gebruikt zijn hyperspectrale ogen om real-time iemands gezondheid in kaart te brengen.

Ook dat beeld is niet uit de lucht gegrepen. Zo ontwikkelde imec al hyperspectrale camera's om de hoeveelheid zuurstof in iemands bloed te controleren of om alzheimer in een vroeg stadium op te sporen. De hyperspectrale camera's kunnen ook gemonteerd worden op een drone om of landbouwvoertuig om snel ziektes op gewassen te detecteren. Spectricity, een spin-off van imec, wil zo'n hyperspectrale camera binnenkort ook in smartphones en wearables integreren.


Meer weten over imecs hyperspectrale camera's voor medische toepassingen?
 

Superkracht en rekenkracht

Baymax heeft intern een metalen skelet. Hij moet immers tot wel een halve ton kunnen optillen. Hij lijkt wat op Robear, een Japanse zorgrobot die met zijn sterke torso patiënten uit bed of rolstoel kan tillen. De robot heeft allerlei sensoren om vitale onderdelen te monitoren. Om de strijd tegen het kwade aan te gaan, perst Baymax zich in zijn rood-blauwe gevechtspak dat hem buitengewone krachten verschaft. Ook de Italiaanse humanoïde robot iCub werd in een jetpack gehesen om zo snel van dienst te zijn in rampscenario's. Maar Baymax' kracht ligt ook in zijn speciale chips: een groene chip voor de vredelievende zorgrobot, een rode chip en hij wordt agressief en gevaarlijk.

In realiteit zullen robots vooral chips nodig hebben om alle data uit hun omgeving op een energiezuinige manier te kunnen verwerken. Artificiële intelligentie vraagt vaak gigantisch veel berekeningen en dat kost veel energie. Op een bepaald moment heeft Baymax zo veel energie verbruikt, dat zijn batterij leeg is. Robotstofzuigers worden vandaag al uitgerust met camera's en de nodige artificiële intelligentie om mogelijke obstakels te herkennen. Maar hoe meer energie zo'n robot verbruikt voor de beeldherkenning en om een traject te berekenen, hoe minder er overblijft om daadwerkelijk te stofzuigen. Wanneer robots, drones of wearables worden uitgerust met hyperspectrale camera's krijgen ze nog meer data te verwerken, wat gepaard kan gaan met een nog hoger energieverbruik. We hebben dus een nieuwe generatie energiezuinige chips nodig om de beperkte batterijcapaciteit van robots optimaal te gebruiken.

Robots moeten ook nauwkeurig hun locatie kunnen bepalen. Binnen, waar gps geen optie is, kan ultra-wideband (UWB) soelaas brengen. Dat vraagt om energiezuinige UWB-chips, die we in robots kunnen plaatsen, zodat ze snel, maar toch veilig kunnen bewegen tussen mensen.

Baymax is zonder meer een superrobot. In al zijn facetten zal hij hier nog niet zo snel rondlopen, maar aan de onderliggende technologie wordt wel naarstig gewerkt. Niet één genie, maar heel wat mechanici, programmeurs, uitvinders van nieuwe chiptechnologie en onderzoekers uit de sociale en medische wetenschappen moeten hiervoor samenwerken. 

Dit artikel verscheen eerder als bijdrage op Datanews.be

Lees meer over de robots van morgen: geïnspireerd door de natuur, verfijnd door de mens