Robot met netkousen

Bruno van Wayenburg

DELFTSE BAPS LOOPT MET KUNSTSPIEREN

Het valt niet mee om een robot als een mens op twee benen te laten

stappen. Met ballonnen als kunstspieren ziet de tred van Baps er aardig

natuurlijk uit. Maar na elf passen valt ze om.

De robot loopt. Baps puft als een stoommachine, ze waggelt en zwaait, na

een tiental stappen wankelt ze en valt om, maar toch: ze loopt.

Tenminste: op de video-opname, want inmiddels hangt de robot al lang weer

in een vitrinekast op haar geboorteplaats: de TU Delft. ``Ik denk niet

dat ze het zo weer zou doen. Haar spieren zijn een poos niet gebruikt',

zegt haar schepper, Richard van der Linde, die vorige week promoveerde

bij de faculteit werktuigbouwkunde op het het onderzoek naar Baps. Baps

staat voor Biped with Adjustable Pneumatic Springs, een ``tweebenige

robot met pneumatisch verstelbare veren'.

De robot maakt zo veel mogelijk gebruik van de principes achter het

menselijke lopen. Het project is een manier om de menselijke loopbeweging

te onderzoeken, zegt Van der Linde.

``Tijdens het lopen zwaait je been als een slinger', legt hij uit. De

natuurlijke slingerfrequentie van het been bepaalt de stapsnelheid:

ongeveer een stap per seconde. Die slingerbeweging is met weinig energie

in stand te houden door slechts af en toe met hulp van de beenspieren

`een zetje' te geven. De anatomie doet de rest. ``De benen hebben de

loopbeweging al voor een deel in zich', zegt Van der Linde. Tijdens het

wandelen is iedere beenspier dan ook voor een groot deel van de tijd niet

aangespannen.

Vederlicht

Veel robots die de menselijke loopbeweging nabootsen werken heel anders:

iedere beweging wordt afzonderlijk aangestuurd, bijvoorbeeld met

servo-motoren. Lopende robots zijn daardoor vaak zwaar en

energieverslindend. De opzienbarende mensachtig lopende robot Humanoid

van Honda weegt meer dan honderd kilogram, en verbruikt de accu's op zijn

rug in twintig minuten.

Baps is daarbij vergeleken vederlicht met haar 3,2 kilogram, bij 80

centimeter hoogte, en een energieverbruik van een watt of tien. Om

gebruik te maken van de oscillatie van haar benen, zijn ze losjes

opgehangen aan metalen banden. Ze hebben geen kniegewrichten, maar wel

spieren.

``We gebruiken pneumatische kunstspieren', zegt Van der Linde. Deze

zogeheten `McKibben-spieren' zijn rubberen buisvormige ballonnetjes in

kleine plastic netkousjes. Ze worden op een basisdruk van een paar bar

gebracht met behulp van speciaal voor Baps ontworpen en gebouwde

miniatuurpneumatiek. Met een kleine toename in de druk, het puffende

geluid bij Baps' looppogingen, wordt de spier iets stijver en iets

korter. Daarmee hebben ze wel wat van echte spieren.

Standhoek

In elk been zitten er drie: twee heupspieren die het been naar voren of

naar achter kunnen trekken, en een beenspier die het been iets langer kan

maken. Ze worden aangestuurd door een boordcomputer. ``Ik heb geprobeerd

de werking van lichamelijke reflexen te simuleren', zegt Van der Linde.

``Door spieren te activeren bij een bepaalde stand van de benen.' Die

stand is af te lezen met drie gyroscopen op benen en romp die

veranderingen in de standhoek meten.

In de stap-cyclus dient één van de reflexen om de beenzwaai kracht bij te

zetten zo gauw een been los komt van de grond: de stap wordt ferm

ingezet. Een andere reflex is om het standbeen van de robot wat langer te

maken met de beenspier. Deze beweging is te vergelijken met het strekken

van de standvoet bij mensen. Zo valt Baps voorover, op weg naar de

volgende stap.

Het verschillend instellen van de basisdruk in de spieren, de timing en

kracht van de reflexen levert verschillende loopjes op, met verschillende

snelheden en stapfrequenties. Dat is vooral te zien in opnamen van de

computersimulaties die Van der Linde van de robot maakte, en die iets

stabieler lopen dan de echte Baps. De ene stokfiguur op het

computerscherm beent, de ander schrijdt, en de wandelaar met erg losjes

ingestelde spieren laat een diep doorzakkend John Travolta-loopje zien.

Van der Linde heeft de verleiding niet kunnen weerstaan om `staying

alive' door het filmpje te mixen.

Maar ondanks alle gekopieerde menseneigenschappen is het de echte Baps

nooit gelukt om in een stabiele loopcyclus terecht te komen, waarin

kleine verstoringen in snelheid en positie gecorrigeerd worden. In plaats

daarvan lopen ze uit de hand, en brengen ze de robot uiteindelijk ten

val. Het record is elf passen, vertelt Van der Linde, en inmiddels weet

hij ook waarom.

Baps moet, net als de lopende mens, haar stabiliteit ontlenen aan de

loopbeweging. Stilstaand valt ze onherroepelijk om, ``Ik vermoedde

aanvankelijk dat stabiliteit van de loopbeweging in de voorwaartse

richting ook wel neer zou komen op stabiliteit naar de zijkanten, maar

het blijkt dat het twee gescheiden problemen zijn', vat Van der Linde een

belangrijke conclusie samen, het resultaat van vijf jaar zwoegen. Lopen

de voorwaartse en zijdelingse trilling aanvankelijk nog in de pas,

uiteindelijk verdwijnt de synchronisatie, en stort de robot ter aarde.

Twee buitenbenen

Baps zal aan dit euvel niet meer geholpen worden, maar ze heeft wel

school gemaakt. Martijn Wisse volgt Van der Linde op en is net als zijn

voorganger een robotfanaat van jongs af aan. Hij studeerde af op de robot

Bob, met knieën. Wisse doet nu promotieonderzoek aan Mike, een robot met

kniegewrichten in aanbouw die het probleem van de zijdelingse stabiliteit

omzeilt dankzij dubbel uitgevoerde benen. Zoals iemand die op krukken

loopt, heeft Mike twee buitenbenen.

Misschien, hoopt Van der Linde, kan kennis uit het onderzoek uiteindelijk

gebruikt worden voor het ontwerpen van zuiniger en veiliger robots, of

voor prothesen en orthesen, medische hulpmiddelen voor het ondersteunen

van bewegingen. En er is nog een bedrijfstak geïnteresseerd in robots met

natuurlijk aandoend loopjes: één van de waarnemers bij het Baps-project

was de Efteling.

De Delftse looprobot Baps dankt haar lage energieverbruik aan het

nabootsen van de natuurlijke beenslingering. FOTO HERMANS KEMPERS/

MULTIMEDIASERVICES TU DELFT