‘Wij hebben geen experimenten nodig’
Bayu Jayawardhana stuurt robots aan met wiskundige formules. ‘Ons vak ligt eigenlijk heel dicht tegen de kunstmatige intelligentie aan,’ vertelt Jayawardhana, RUG-hoogleraar Mechatronica en Niet-lineaire Regeltechniek. ‘Maar in plaats van zelflerende machines beschrijven wij heel precies hoe een systeem in elkaar steekt, en ontwikkelen daarna de benodigde wiskunde om het systeem te regelen.’ Bijvoorbeeld in het nieuwste project FARMLAB, waarin verschillende soorten landbouwrobots samenwerken om gewassen real-time te monitoren.
FSE Science Newsroom | Charlotte Vlek
De tak van wiskunde die Jayawardhana gebruikt voor zijn robots heet systeem- en regeltechniek. Jayawardhana: ‘Je ziet systeem- en regeltechniek terug in de CD-spelers van Philips en de lithografie-machines van chipfabrikant ASML.’ Want de draaiïng van een CD of de bewegingen van de chipmachines kun je als een wiskundig systeem beschouwen, en dat kun je vangen in formules. En dan is de volgende vraag: hoe stuur je die beweging aan, zodat de CD precies op de lijntjes wordt afgelezen, en de chip nauwkeurig geproduceerd?
Ook de bewegingen van een robot kun je als een systeem beschrijven: een voorspelbaar samenspel van input, output en een zekere terugkoppeling. Een bepaalde aansturing (input) leidt tot een beweging van de robot (output) en vergt weer een nieuwe, geüpdate aansturing (terugkoppeling). Gaat het om een groep samenwerkende robots, dan wordt het nog een stukje complexer.
Cybernetica
Ooit heette Jayawardhana’s vakgebied cybernetica: de studie van complexe systemen aan de hand van controle en feedback. Die systemen konden biologisch zijn (gedrag van mens of dier) of technisch (de aansturing van een apparaat). Dat vakgebied bracht onder andere de neurale netwerken voort, die nu zo belangrijk zijn voor zelflerende machines. Jayawardhana: ‘Maar wij werken juist niet met zelflerende machines. Systeem- en regeltechniek heeft zich daar expliciet van afgesplitst: wij beschrijven eerst heel precies hoe een systeem in elkaar steekt. Op basis daarvan ontwikkelen we de wiskundige vergelijkingen die nodig zijn om het systeem te regelen.’
Samenwerkende robots
‘Denk bijvoorbeeld aan vier robots die in een vaste formatie moeten bewegen. Ze moeten dus steeds dezelfde afstand tot elkaar behouden – bijvoorbeeld in een opstelling van een vierkant,’ vertelt Jayawardhana. Dat is best een lastig probleem wanneer er geen centrale camera is die hun positie vastlegt; iedere robot meet zelf zijn afstand tot de ander, en past die aan waar nodig. Het gevaar is dat de robots in een eeuwigdurende dans gevangen komen te zitten: zodra er een beweegt om op de juiste plek te komen, gaan de anderen daar weer op reageren. Zo vormen ze nooit een stabiel vierkant.
Het probleem van de robotformatie
‘Stel, je koopt 4 verschillende robots bij de mediamarkt,’ vertelt Jayawardhana. ‘En je wil ze in een vaste formatie laten bewegen, of zelfs maar laten stilstaan. Bijvoorbeeld in een vierkante opstelling. En dat zonder centrale camera die alle robots van bovenaf waarneemt.’
Elke robot heeft dus zijn eigen waarneming en moet op basis daarvan zelf reageren op de anderen – een stukje naar voren, een stukje naar achteren, iets naar links... maar die andere reageren ook weer op hem (of haar). En dan kan het maar zo gebeuren dat ze nooit tot een stabiele situatie komen, bijvoorbeeld omdat ze door kleine meetfoutjes maar blijven corrigeren.
Tien jaar geleden losten Jayawardhana en zijn team het probleem op: met behulp van een zogenaamde estimator kan een robot zijn eigen gedrag corrigeren. Een robot die steeds minimale correcties blijft maken zal dan uiteindelijk stilstaan. ‘Dat is geen beslissing die zo’n robot neemt hoor,’ licht Jayawardhana toe. ‘Het is een ingeprogrammeerde actie.’ Jayawardhana bewees dat wanneer in elk paar van robots dat afstand tot elkaar moet houden er één met een estimator is, de situatie zal stabiliseren.
Jayawardhana: ‘Mijn groep heeft dat probleem ongeveer tien jaar geleden opgelost, althans voor het geval waarin alle robots dezelfde soort sensoren hebben. We hebben een wiskundig bewijs geleverd dat onze oplossing dan altijd tot een stabiele situatie leidt. De huidige uitdaging is om dit nu ook te doen voor robots met sensoren die allemaal iets anders meten.’
En daar gaat het ook over in Jayawardhana’s nieuwste project FARMLAB: de afstemming van verschillende soorten robots. In dit project werkt een interdisciplinair team aan een grondrobot en een stel drones die realtime de akkers van een boerenbedrijf kunnen monitoren. Door informatie te verzamelen over de groei en gezondheid van de planten kan een boer gerichter gebruik maken van bestrijdingsmiddelen of meststoffen, is de gedachte.
Het mooie is: ons vakgebied heeft geen grote experimenten nodig, of enorm veel data.
Bij dergelijke landbouwrobots denk je misschien eerder aan AI dan aan wiskunde, en die AI zit er ook zeker in. Bijvoorbeeld in de beeldherkenning: wat is onkruid en wat is het gewas zelf? Hoe ziet een zieke plant eruit? Maar dat is niet waar Jayawardhana zich mee bezig zal houden: hij zal de benodigde wiskunde ontwikkelen om de bewegingen van drones en grondrobots te coördineren.
Jayawardhana: ‘Het mooie is: ons vakgebied heeft geen grote experimenten nodig, of enorm veel data. We hebben genoeg aan één simulatie waarin we de bewegingen van een robot laten zien, en eigenlijk doen we dat ook alleen maar ter illustratie, want dat het werkt, weten we al op basis van de wiskunde.’
Lees meer:
De RUG staat wereldwijd aan de top in het vakgebied van Systems and Control (systeem- en regeltechniek). Binnen het Jan C. Willems Centre for Systems and Control werken onderzoekers van de RUG aan de wiskunde achter toepassingen zoals high-tech productieprocessen of een knieprothese.
Elektrotechnisch ingenieur Ming Cao houdt zich bezig met ethische, juridische en maatschappelijke aspecten van kunstmatige intelligentie. Dat doet hij als hoofd van het ELSA Lab voor de Technische Industrie.
Een robotarm in een fabriek die herhaaldelijk dezelfde beweging maakt: dat is iets van het verleden, vindt Ming Cao. Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen werken samen met hightech bedrijven om productieprocessen steeds meer autonoom te maken.
Meer nieuws
-
16 april 2026
Nieuwe wiskunde voor een steeds complexere wereld
-
-
13 april 2026
Eiwitten in clusters versnellen processen in de cel