Search & rescue robots spelen een belangrijke rol bij hulpverlening na rampen. Onderzoeker Anahita Jamshidnejad probeert deze robots nog slimmer te maken, zodat ze in complexe situaties zelfstandig beslissingen kunnen nemen. Hiermee nemen ze hulpverleners gevaarlijk werk uit handen en kunnen reddingsoperaties efficiënter worden uitgevoerd.

Bij rampen, zoals een brand of aardbeving, telt elke seconde. Als hulp te laat komt of reddingswerkers verkeerde inschattingen maken, kan dat veel slachtoffers tot gevolg hebben. De laatste jaren assisteren robots, zoals drones, steeds vaker bij hulpverlening, zegt Anahita Jamshidnejad, assistant professor Control and Operations.

Een drone is een goed middel om de situatie of schade in een gebouw of gebied in beeld te brengen. Met name in een onbekende situaties zijn de omstandigheden vaak riskant voor hulpverleners, onder meer door slecht zicht en explosie- en instortinggevaar. Door eerst een search & rescue robot naar binnen te sturen, kun je de risico’s beperken. Robots kunnen op plekken komen die voor mensen ontoegankelijk zijn.

Grote brand als drijfveer

Jamshidnejad maakte begin 2017 van dichtbij mee hoe belangrijk efficiënte hulpverlening kan zijn. “Ik zat destijds met mijn familie live voor de televisie te kijken naar een reddingsoperatie in een brandend flatgebouw in Teheran. De verslaggever had net gemeld dat alle bewoners waren geëvacueerd door brandweerlieden, die binnen verder gingen met het bluswerk. Ineens zagen we het gebouw instorten, waardoor meer dan dertig reddingswerkers omkwamen. Ik geloof dat er minder slachtoffers warengevallen als er robots waren gebruikt om eerst de risico’s in te schatten. Tijdens mijn promotieonderzoek in System and Control Engineering had ik al onderzoek gedaan naar autonome systemen door middel van kunstmatige intelligentie en besturing gebaseerd op modellen, al was dit voornamelijk theoretisch. De brand in Teheran was voor mij een drijfveer om mijn expertise ook in te zetten voor search & rescue toepassingen.” 

Zelfsturende search & rescue robots

Een van de redenen dat search & rescue robots niet altijd gebruikt worden, is dat ze zichzelf niet autonoom kunnen besturen, zegt Jamshidnejad. “Drones zijn nog niet in staat zelfstandig beslissingen te nemen. Er is altijd menselijke hulp nodig voor het aansturen van drones en bepalen welke handeling ze uitvoeren. Je kunt ze wel voorprogrammeren met informatie over een gebouw of gebied, maar bij een ramp verandert de situatie. Door blokkades van ingestorte muren of verspreiding van de brand kloppen plattegronden vaak niet meer. Dit is precies waar search & rescue robots het verschil kunnen maken: ze zelfstandig het onbekende gebied in gaan, een missie starten en de nieuwe situatie gaan onderzoeken. Daarna kunnen ze de belangrijkste informatie terugkoppelen aan hulpverleners die op basis daarvan bepalen naar welke plekken ze wel of juist niet moeten gaan.”

Wiskundige modellering en AI: doorbraak in nieuwe generatie robots

Ten tijde van de brand in Teheran was Jamshidnejad haar promotieonderzoek aan de TU Delft aan het afronden. Daarna besloot ze om verder te gaan met een postdoc bij het Instituut voor Dynamic Systems and Control van ETH Zürich. In februari 2019 kwam ze naar Nederland om haar onderzoek voort te zetten in Delft. “Aan de TU Delft had ik eerder al mijn PhD gedaan. Daardoor beschikte ik over een goed netwerk van onderzoekers bij de Systems, Control & Simulation onderzoeksgroepen. Daarnaast is er in Delft veel expertise aanwezig op het gebied van artificial intelligence (AI). Dat sluit goed aan bij mijn eigen theoretische achtergrond op het gebied van wiskunde en modelleren. Een van de dingen waar ik nu aan werk is de systematische verwerking van onzekerheden in wiskundige en modelmatige besluitvorming: hoe kan een robot of drone zelfstandig handelen wanneer hij geconfronteerd wordt met een reeks van toevallige en onvoorspelbare uitkomsten? Daarnaast willen we drones aan de hand van een combinatie van optimalisaties leren herkennen waar gevaren en eventuele slachtoffers zitten.”

Efficiënter energiegebruik

De data die search & rescue robots verzamelen, koppelen ze real time terug naar de mensen buiten de rampplek, vervolgt Jamshidnejad. “Het is cruciaal dat er geen belangrijke informatie verloren als een drone het ineens begeeft. De meeste drones zijn uitgerust met een camera. Alleen zijn in extreme situaties beelden niet altijd even bruikbaar, bijvoorbeeld als het binnen pikkedonker is. Ook kan een camera uitvallen. Vaak worden er daarom meerdere robots op pad gestuurd. Een of enkelen ontvangen de belangrijkste gegevens als een andere uitvalt. Het verwerken van alle data kost veel energie. We moeten het algoritme dus zo ontwikkelen dat een drone precies weet wanneer die z’n krachten moet gebruiken.”

Hierna: Samenwerking brandweer

Voor haar onderzoek maakt Jamshidnejad ook gebruik van ervaring en expertise uit het veld, zoals van de Nederlandse brandweer. “Brandweerkorpsen weten wat er allemaal bij een ramp komt kijken en welke gevaren zich kunnen voordoen. Op basis van informatie over rampsituaties en calamiteiten kunnen wij in het lab omstandigheden uit de praktijk nabootsen in experimenten. Uiteindelijk moeten zij met de search & rescue robots werken en communiceren. Daarom is nauwe samenwerkingen interactie met brandweerkorpsen vanaf de allereerste stadia van de uitvoering van het project noodzakelijk. Een andere belangrijke partner bij dit onderzoek is Thales, een bedrijf dat is gespecialiseerd in informatietechnologie voor onder andere de luchtvaart. Zij helpen ons bij het verder ontwikkelen van goedwerkende search & rescue robots.”

Meer waardevolle toepassingen

Het verbeteren van de autonomie van robots helpt niet alleen bij reddingswerkzaamheden, zegt Jamshidnejad. Ook voor de gezondheidszorg zijn er waardevolle toepassingen, bijvoorbeeld als hulpmiddel bij therapie voor mensen met autisme of dementie. Jamshidnejad: “Patiënten met autisme vinden het lastig contact te leggen met mensen. Communiceren met sociale robots gaat vaak makkelijker, onder andere vanwege de voorspelbaarheid en ontbreken van emoties. Voor het eerst zetten we sociale robots in voor danstherapie. We willen deze robots nog verder verbeteren, zodat ze zelfstandig situaties kunnen lezen wanneer ze contact hebben met mensen met autisme of dementie. En daarna kunnen handelen op basis van een gepersonaliseerd creatief plan. Mijn onderzoek is dus breed toepasbaar. Ik vind het heel mooi dat ik mijn theoretische achtergrond nu kan inzetten om echte problemen op te lossen.”

/* */