Vandaag houden studenten van de TU Eindhoven een demonstratie met twee drones die in een zwembad een dreigende verdrinking herkennen en in actie komen. De drones van team Blue Jay Eindhoven geven de badmeester een extra paar ogen.

Read this article in English

Het komt helaas vaker in het nieuws dan we zouden willen: een kind verdrinkt in een zwembad, soms zelfs onder de ogen van honderden andere badgasten en een paar badmeesters.

Die drukte maakt het er voor de badmeesters niet makkelijker op om mensen te spotten die in de problemen komen in het water. Neem zelf maar eens de proef op de som op de website Spotthedrowningchild.com. Het is verrekte moeilijk om tussen al die mensen met waterpret het kind te herkennen dat dreigt te verdrinken.
 

Demonstreren

Studenten van Team Blue Jay hebben voor dit probleem een drone ontwikkeld, die ze vanmiddag demonstreren in het zwembad van het Studentensportcentrum Eindhoven. Het team, dat nu een jaar of drie bestaat, werkte eerder aan een drone die een drankje kan bezorgen en aan een indoor-drone voor in de zorg.

Voor deze indoortoepassingen bleek het geluid van de wieken wel erg luid. ‘Een vliegende drone maakt nu eenmaal veel lawaai. Dat neem je alleen voor lief in gebouwen met grote ruimtes of in bepaalde noodsituaties. Toen wij met ons team zaten te brainstormen waren er net een paar gevallen van verdrinking in het nieuws geweest. Zo kwamen we op het idee voor een hulpdrone voor in het zwembad’, vertelt Mike van Sighem van team Blue Jay.


Drone stijgt op

Impressie van de drone van team Blue Jay
Eindhoven in een zwembad.
Bron Blue Jay Eindhoven

De demonstratie laat een mogelijk toekomstig scenario zien. Het uitgangspunt is een zwembad vol mensen. Aan de kant valt een kind op haar knie, waardoor de badmeester even een pleister moet plakken en dus tijdelijk niet op het water kan letten. Hij drukt daarom op een knop van zijn smartphone, waardoor drone nummer één opstijgt, en vanuit de lucht alle zwemmers in de gaten gaat houden. Signaleert de drone een kind in het water dat in problemen lijkt te zijn, dan stuurt die een alarm-melding naar de badmeester. Die springt meteen in het water om het kind te redden; en tegelijk brengt een tweede drone een reddingsboei naar het spartelende kind.
 

Boven water

Er zijn al technische hulpmiddelen voor badmeesters. Zo bestaat er een camera die onder de waterlijn van een zwembad kijkt of mensen nog bewegen. Team Blue Jay pakt het anders aan en gebruikt camera’s boven water om automatisch te herkennen wat een persoon aan het doen is: aan het zwemmen of aan het verdrinken.

De eerste stap wordt gedaan door open source beeldherkenningssoftware van Google – Inception – die detecteert wáár in beeld (in drie dimensies) er mensen zijn. Dan wordt elke persoon softwarematig uitgeknipt en van die losse persoon een minifilmpje van 2 s lang van gemaakt, oftewel 50 frames lang. Hierop gaat een machine learning-algoritme los, dat probeert te herkennen wat er met die zwemmer aan de hand is. Daarbij zijn twee situaties gedefinieerd: ‘veilig’ of ‘verdrinken’.
 

Goed getraind

Zoals dat gaat met machine learning, moet zo’n algoritme goed getraind worden, met zo veel mogelijk bewegende beelden van mensen die aan het verdrinken zijn in dit geval. Voor deze nogal bijzondere vraag van het team kwam ook een opvallende oplossing. ‘Een non-profitorganisatie in de VS heeft ons belangeloos een hoop beelden van verdrinkende mensen gegeven. Die gebruiken zij normaal gesproken bij campagnes om bewustzijn te kweken over verdrinking’, vertelt Van Sighem.
 

Lotusslachtoffers

Maar daar had het Team Blue Jay nog niet genoeg aan. Om extra beelden te genereren voor het trainen van hun algoritme, riep het team de hulp in van Lotusslachtoffers, vrijwilligers die ongevallen en rampen naspelen bij oefeningen. Dit keer lagen zij een week lang in een zwembad te doen alsof ze aan het verdrinken waren. Dit alles werd vanuit verschillende hoeken gefilmd met tien camera’s. ‘We hebben nu zo’n vierhonderd uur aan nuttig filmmateriaal om ons algoritme mee te trainen.’

Dat heeft al zijn vruchten afgeworpen, want in 97 % van de gevallen slaat de software (het algoritme) aan op een verdrinkend persoon. En van alle gevallen dat iemand veilig is, heeft het algoritme dat in 80 % van de gevallen goed. Dat wil zeggen 20 % aan vals-positieven, gevallen waarbij de badmeester er dus bij zou worden geroepen, terwijl er niets aan de hand is. ‘Dat getal lijkt hoog, maar we hebben dit expres zo ingesteld’, zegt Van Sighem. Better safe than sorry.
 

Zware computer

Voor het draaien van de machine learning-software is nu nog een zware, dure computer nodig – een GPU-server om precies te zijn (een server met een aantal krachtige Graphics Processing Units, grafische kaarten, die goed kunnen rekenen). Maar dit is niet te betalen voor het gemiddeld zwembad, dus een van de doelen van het team is om het algoritme beter te trainen en wat lichter, simpeler te maken.

De demonstratie is ongetwijfeld spectaculair, maar anno 2018 is de ervaring met drones dat je nog altijd twee mensen nodig hebt om ze te besturen. Gaat dat het zwembad niet alleen maar meer geld kosten? ‘Onze drones zullen inderdaad alleen meerwaarde hebben als ze eenmaal echt zelfstandig kunnen opereren', legt Van Sighem uit. Tijdens de demo zullen ze al autonoom manoeuvreren, maar ze zijn nog niet goed genoeg om zonder toezicht te functioneren.
 

Schoolzwemmen

Ook is het denkbaar dat de beeldherkenningssoftware nuttig blijkt te zijn om verdrinking te herkennen, maar dat hiervoor geen drones nodig zijn. Ook een handjevol vaste camera’s, die bijvoorbeeld in een hoge paal hangen, zouden een zwembad dan al een stuk veiliger kunnen maken. Maar het allerbeste zou wellicht zijn om schoolzwemmen weer in te voeren, zodat alle kinderen op jonge leeftijd goed leren zwemmen.

Openingsbeeld: beeld uit de video van een bewakingscamera bij een zwembad, waarop te zien is hoe een badmeester een badgast redt, die lijkt te verdrinken. Bron Spotthedrowningchild.com.