Hoe Boston Dynamics de behendigheid van robots herdefinieert

Een exclusieve blik op ’s werelds meest dynamische robots

Met hun verbluffende behendigheid en dierlijke reflexen leken de bio-geinspireerde robots van Boston Dynamics altijd al hun gelijke te kennen. Maar die superioriteit heeft het bedrijf er niet van weerhouden zijn technologie naar nieuwe hoogten te brengen, soms letterlijk. De nieuwste generatie beenrobots kan heuvels op en af sjokken, over obstakels klauteren en zelfs in de lucht springen als een turner. Hun aantrekkingskracht valt niet te ontkennen: Elke keer als Boston Dynamics een nieuwe video op YouTube zet, worden die al snel miljoenen keren bekeken. Dit zijn waarschijnlijk de eerste robots die je internetsterren kunt noemen.

Boston Dynamics, ooit eigendom van Google’s moederbedrijf Alphabet en nu van het Japanse conglomeraat SoftBank, is lang geheimzinnig geweest over zijn ontwerpen. Weinig publicaties hebben toegang gekregen tot het hoofdkwartier in Waltham, Mass, nabij Boston. Maar op een ochtend in augustus kreeg IEEE Spectrum toegang. We kregen toestemming om die dag een uniek soort fotoreportage te maken. We wilden de robots van het bedrijf in actie vastleggen – lopend, klimmend, springend – door gebruik te maken van hogesnelheidscamera’s in combinatie met krachtige flitsers. Het resultaat op deze pagina: freeze-frames van pure robotachtige behendigheid.

We hebben de foto’s ook gebruikt om interactieve beelden te maken, die je online kunt bekijken in onze Robots Guide. Met deze interactives kun je de robots 360 graden draaien, of ze op je scherm laten lopen en springen.

Boston Dynamics heeft in de loop der jaren een minizoo van robotbeesten vergaard, met namen als BigDog, SandFlea, en WildCat. Toen we op bezoek waren, richtten we ons op de twee meest geavanceerde machines die het bedrijf ooit heeft gebouwd: Spot, een behendige viervoeter, en Atlas, een mensachtige van volwassen formaat.

Spot kan over bijna elk terrein navigeren terwijl hij zijn omgeving waarneemt. Boston Dynamics heeft het onlangs beschikbaar gesteld voor leasing, met plannen om iets van duizend eenheden per jaar te produceren. Het bedrijf stelt zich voor dat Spot, of zelfs pakketten ervan, industrieterreinen inspecteert, gevaarlijke stoffen vervoert en pakketjes aflevert. En zijn faam op YouTube is niet onopgemerkt gebleven: Zelfs entertainment behoort tot de mogelijkheden: Cirque du Soleil heeft Spot geauditioneerd als potentieel nieuw lid van de groep.

“Het is echt een mijlpaal voor ons om van robots die in het lab werken over te stappen op robots die zijn gehard voor werk in het veld”, zegt CEO Marc Raibert van Boston Dynamics in een interview.

Ons andere onderwerp op de foto, Atlas, is de grootste beroemdheid van Boston Dynamics. Deze 150 centimeter hoge humanoïde is in staat tot indrukwekkende atletische prestaties. Zijn actuators worden aangedreven door een compact maar krachtig hydraulisch systeem dat het bedrijf vanaf nul heeft ontwikkeld. Het unieke systeem geeft de robot van 176 pond de explosieve kracht die nodig is om acrobatische sprongen en salto’s uit te voeren die voor zo’n grote mensachtige niet mogelijk lijken. Atlas heeft een reeks parodievideo’s op YouTube geïnspireerd en meer dan een paar grappen over een robotovername.

Hoewel Boston Dynamics uitblinkt in het maken van robots, moet het nog bewijzen dat het ze kan verkopen. Sinds de oprichting in 1992 als een spin-off van het MIT is het bedrijf een O&O-gecentreerde operatie geweest, waarbij het grootste deel van de vroege financiering afkomstig was van Amerikaanse militaire programma’s. De nadruk op commercialisering lijkt te zijn geïntensiveerd na de overname door SoftBank, in 2017. SoftBank’s oprichter en CEO, Masayoshi Son, staat erom bekend dat hij van robots houdt – en van winst.

De lancering van Spot is een belangrijke stap voor Boston Dynamics, omdat het probeert zijn creaties te “productiseren”. Toch zegt Raibert dat zijn langetermijndoelen hetzelfde zijn gebleven: hij wil machines bouwen die dynamisch met de wereld omgaan, net zoals dieren en mensen dat doen. Is er dan iets veranderd? Ja, één ding, voegt hij er met een grijns aan toe. In zijn vroege carrière als robotica schreef hij papers en telde hij zijn citaten. Nu telt hij YouTube views.

• In the Spotlight

  

  Boston Dynamics ontwierp Spot als een veelzijdige mobiele machine die geschikt is voor een verscheidenheid aan toepassingen. Het bedrijf heeft niet aangekondigd hoeveel Spot zal kosten, en zegt alleen dat het beschikbaar wordt gesteld aan geselecteerde klanten, die de robot zullen kunnen leasen. Een payload bay maakt het mogelijk om tot 14 kilogram aan extra hardware op de rug van de robot te plaatsen. Een van de accessoires die Boston Dynamics van plan is aan te bieden, is een arm met 6 vrijheidsgraden, waarmee Spot objecten kan vastpakken en deuren kan openen.

• Super Senses

  

  Spot’s hardware is bijna volledig op maat ontworpen. Het omvat krachtige verwerkingskaarten voor controle en sensormodules voor waarneming. De sensoren bevinden zich aan de voor-, achter- en zijkant van het robotlichaam. Elke module bestaat uit een paar stereocamera’s, een groothoekcamera en een textuurprojector, die de 3D-waarneming bij weinig licht verbetert. De sensoren stellen de robot in staat om de navigatiemethode SLAM, of simultaneous localization and mapping, te gebruiken om zich autonoom te verplaatsen.

• Stepping Up

  

  Naast zijn autonome gedrag, kan Spot ook worden bestuurd door een operator op afstand met een game-achtige controller. Maar zelfs in de handmatige modus vertoont de robot nog steeds een hoge mate van autonomie. Als er een obstakel is, gaat Spot er omheen. Als er een trap is, beklimt Spot die. De robot schakelt over naar deze bedieningsmodi en voert de bijbehorende handelingen dan volledig zelfstandig uit, zonder enige input van de operator. Om een trap af te gaan, loopt Spot achteruit, een aanpak die volgens Boston Dynamics meer stabiliteit biedt.

• Funky Feet

  

  Spot’s benen worden aangedreven door 12 aangepaste gelijkstroommotoren, die elk zijn afgestemd om een hoog koppel te leveren. De robot kan voorwaarts, zijwaarts en achterwaarts lopen, en draven met een topsnelheid van 1,6 meter per seconde. Hij kan ook op zijn plaats draaien. Andere gangen zijn kruipen en ijsberen. In een razend populaire YouTube-video laat Spot zijn voetenwerk zien door te dansen op de pophit “Uptown Funk.”

• Robot Blood

  

  Atlas wordt aangedreven door een hydraulisch systeem bestaande uit 28 actuators. Deze actuatoren zijn in feite cilinders gevuld met vloeistof onder druk die een zuiger met grote kracht kunnen aandrijven. Hun hoge prestaties zijn deels te danken aan op maat gemaakte servokleppen die aanzienlijk kleiner en lichter zijn dan de ruimtevaartmodellen die Boston Dynamics in eerdere ontwerpen had gebruikt. Hoewel het van buitenaf niet zichtbaar is, zit het binnenste van een Atlas vol met deze hydraulische actuatoren en de vloeistofleidingen die ze met elkaar verbinden. Wanneer een van die leidingen scheurt, ontlucht Atlas de hydraulische vloeistof, die toevallig rood is.

• Next Generation

  

  De huidige versie van Atlas is een grondige upgrade van het oorspronkelijke model, dat werd gebouwd voor de DARPA Robotics Challenge in 2015. De nieuwste robot is lichter en wendbaarder. Boston Dynamics gebruikte 3D-printers van industriële kwaliteit om belangrijke structurele onderdelen te maken, waardoor de robot een grotere sterkte-gewichtsverhouding heeft dan eerdere ontwerpen. De Atlas van de volgende generatie kan ook iets wat zijn voorganger, zoals bekend, niet kon: Hij kan opstaan na een val.

• Walk This Way

  

  Om Atlas te besturen, zorgt een operator voor de algemene besturing via een handmatige controller, terwijl de robot zijn stereocamera’s en lidar gebruikt om zich aan te passen aan veranderingen in de omgeving. Atlas kan ook bepaalde taken autonoom uitvoeren. Als je bijvoorbeeld kartonnen dozen voorziet van speciale labels met streepjescodes, kan Atlas ze oppakken en stapelen of op planken plaatsen.

• Biologisch geïnspireerd

  

  De besturingssoftware van Atlas vertelt de robot niet expliciet hoe hij zijn gewrichten moet bewegen, maar maakt gebruik van wiskundige modellen van de onderliggende fysica van het lichaam van de robot en de manier waarop het met de omgeving interageert. Atlas vertrouwt op zijn hele lichaam om te balanceren en te bewegen. Bij het springen over een obstakel of het doen van acrobatische stunts, gebruikt de robot niet alleen zijn benen maar ook zijn bovenlichaam, zwaaiend met zijn armen om zichzelf voort te stuwen, net zoals een atleet dat zou doen.

Dit artikel verschijnt in het gedrukte nummer van december 2019 als “By Leaps and Bounds.”