25/09/2023
Door Ad Spijkers
Promovendus verdedigde zijn proefschrift cum laude aan de Technische Universiteit Eindhoven.
Robots kunnen zware, repetitieve en gevaarlijke bouwwerkzaamheden van mensen overnemen. Maar door de hoge kosten en andere praktische obstakels worden ze nog maar weinig ingezet op bouwplaatsen. Promovendus Aiyu Zhu aan de TU Eindhoven heeft een simulatieplatform ontwikkeld dat is afgestemd op de behoeften van de bouw. Zhu is afkomstig uit China promovendus en haalde zijn masterdiploma civiele techniek aan de California State University. Zijn platform biedt de mogelijkheid om robotisering op de bouwplaats verder te onderzoeken en te optimaliseren.
Dynamische omgeving
Volgens Zhu belemmeren verschillende factoren de robotisering in de bouw. De sector is een van de oudste industrieën ter wereld maar vrij traditioneel en star. Andere industriële takken ontwikkelen zich in hoog tempo ontwikkelen en zetten de nieuwste technologieën in. De bouwindustrie daarentegen is nog steeds veelal afhankelijk van fysiek werk. De maakprocessen en het management zijn nog maar weinig gedigitaliseerd en geautomatiseerd en dat is een obstakel bij de invoering van innovatie.
Daarnaast vraagt robotica grote investeringen die zich niet op korte termijn terugbetaalt. Verder is een bouwplaats ingewikkeld en dynamisch, in tegenstelling tot een statische productiefabriek. Het integreren van robots in zo'n dynamische omgeving, het toewijzen van taken en het beheren van het hele proces is een grote uitdaging. Mensen communiceren en kunnen allerlei informatie verwerken, maar robots niet. Om gerobotiseerde bouw in goede banen te leiden, is goede digitale planning en management nodig.
Simulatieplatform
Om veel van de obstakels uit de weg te ruimen, is er een simulatieomgeving voor de behoeften van de bouwindustrie nodig. Als een bedrijf of universiteit onderzoek wil doen naar gerobotiseerde bouw, kopen ze meestal bouwrobots en gaan daarmee experimenteren. Met een goed simulatieplatform kunnen ze met alleen een computer gerobotiseerde bouw verder bestuderen en kijken wat wel en wat niet werkt. Op deze manier is robotisering te optimaliseren en zijn specifieke uitdagingen op te lossen zonder dat het veel geld hoeft te kosten. Hierdoor zal ook de integratie van echte robots op de bouwplaats eerder en sneller een succes worden.
Zhu ontwikkelde zo'n simulatieomgeving en maakte daarbij gebruik van BIM (bouwwerkinformatiemodel). Dit is een digitaal model van een bestaand of gepland bouwwerk, opgebouwd uit objecten waaraan informatie is gekoppeld. Het is meer dan een 3D-model; het bevat een uitgebreid datamodel dat gedetailleerde informatie over de bouwcomponenten bevat, zoals het materiaal, de dikte of de prijs. Hiermee kunnen architecten en ingenieurs bouwprojecten efficiënt beheren.
Ook kan BIM worden geïntegreerd met andere systemen. Gebruikers kunnen alle informatie over het bouwwerk uit BIM halen en in de simulatieomgevingen zetten, net als de robots. Zo kunnen ze de bouwomgeving exact nabootsen. Ze laten de robots eerst bouwen in de simulatieomgeving en zien de resultaten, zonder dure robots te kopen.
Betere robots ontwerpen
Door het gedrag van robots in specifieke omgevingen te simuleren, zijn efficiënter en goedkoper betere robots te ontwerpen. Bij robotsimulatie wordt meestal alleen gekeken naar de prestaties van de robot, niet naar de interactie met de omgeving. In de simulatieomgeving van Zhu worden de robots en de bouwomgeving gecombineerd.
De simulatieomgeving is generiek en flexibel, waardoor ze goed is te gebruiken voor alle soorten componenten en robots. De software is open source, zodat iedereen er gebruik van kan maken. Voor gerobotiseerde bouw bestaan er al simulatieomgevingen, zoals RhinoRobot, maar daarvoor is een licentie nodig. Daarnaast beperkt dat programma zich tot bestaande robots, dus is het niet mogelijk een robot opnieuw te ontwerpen en in de simulatieomgeving te testen. Er is veel theoretisch onderzoek gedaan, maar het simulatieplatform is een goed toepasbare tool die robotisering in de bouw in een stroomversnelling zou kunnen brengen.
Zhu sluit niet uit dat robots in de toekomst de mens volledig gaan vervangen op de bouwplaats. Een bouwplaats is gevaarlijk en er is veel luchtvervuiling. Heel optimistisch zouden robots over twintig of dertig jaar mensen kunnen vervangen. Maar eerst moet er nog meer onderzoek komen en dienen er experimenten te worden uitgevoerd, waar zijn platform bij kan helpen.
Foto: Bart van Overbeeke