Ingenieurs van het Massachusetts Institute of Technology hebben het prototype van een modulair bootje ontworpen voor toekomstig gebruik in waterrijke steden, zoals Amsterdam en Venetië. Het autonome vaartuig is te maken met een 3D-printer en kan heel precies manoeuvreren.

Read this article in English

Het werk maakt deel uit van het project ‘Roboat’ van het MIT en het Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS Institute). Het nieuwe bootje is daarmee een vervolg op het prototype dat in 2016 werd gebouwd, lees: ‘Amsterdam test autonome vaartuigen’.

Het nieuwe bootje ziet er op het eerste gezicht uit als een ondiepe badkuip. Het is rechthoekig en meet 4 x 2 m. Die vorm is zo gekozen omdat het vaartuig net zo gemakkelijk zijwaarts als voorwaarts moet kunnen bewegen. Om het ding te maken, printten de onderzoekers zestien stukken romp in een 3D-printer, en plakten die vervolgens aan elkaar. Dit geheel kreeg ten slotte verschillende lagen glasvezel als beschermlaag.

3D-printen is erg handig bij het ontwikkelen van een dergelijk prototype; als deze bootjes straks in grote aantallen vervaardigd gaat worden, ligt een seriematige productietechniek meer voor de hand, want dat is goedkoper.
 

Positionering

Bijzonderder is wat er zich óp het bootje bevindt. Het zit namelijk helemaal vol met sensoren. Voor een goede positionering is er om te beginnen GPS aan boord. Maar dat is nog niet precies genoeg, en daarom heeft het bootje aanvullende systemen aan boord (onder andere gebaseerd op ultrageluid) om op centimeters nauwkeurig te kunnen navigeren. Ten slotte meet een inertial measurement unit – een combinatie van versnellingsmeters en gyroscopen – voortdurend de rotatie en de hoeksnelheid.

Deze hoge graad van precisie is nodig, omdat grote aantallen van deze bootjes samen tijdelijke infrastructuur moeten kunnen bouwen. Denk aan een tijdelijke brug tijdens drukke evenementen of een tijdelijk concertpodium in de gracht. ‘Dit zijn activiteiten die normaal gesproken op land plaatsvinden, maar die daar de verkeersstromen in de weg kunnen zitten’, zegt MIT-hoogleraar Daniela Rus in een persbericht van die universiteit.
 

Veelzijdig

Het bootje is veelzijdig. Het kan dienen om mensen te vervoeren binnen de stad, maar ook om goederen van A naar B te brengen. Het gebruik van eenvoudige bootjes verlicht in beide gevallen het verkeer op de vaak drukke wegen van de grote stad. In de visie van de MIT-onderzoekers kunnen dergelijke stille en zelfsturende bootjes ook ’s nachts werken. ‘Beeld je eens in dat we sommige diensten naar de nacht verplaatsen, zoals het bezorgen van pakketten en het ophalen van vuilnis’, aldus Rus. En als je toch overal modulaire en autonome bootjes hebt rondvaren, dan kun je er net zo goed sensoren aanhangen die de waterkwaliteit meten, moet het team hebben gedacht.
 


Boegschroeven

Ook de aandrijving van het bootje is opvallend. Het heeft vier thrusters, boegschroeven, die in het midden van elke zijde zitten. Daarmee kan het steeds kleine krachtstootjes uitoefenen om heel precies op zijn plek te blijven liggen of bijvoorbeeld een van tevoren bepaald traject te varen.

Speciale aandacht is besteed aan de regeltechniek voor de besturing van het bootje. Daarvoor gebruikten de onderzoekers een algoritme (nonlinear model predictive control) dat normaal gesproken voor robots wordt gebruikt. Om het voor boten geschikt te maken, breidden ze het algoritme uit met parameters voor onder meer de weerstand van de boot in het water en centrifugaalkrachten.

Dit besturingsalgoritme heeft als taak om elke 0,2 s de gemeten positie te vergelijken met het gewenste, ingeprogrammeerde, pad van de boot. Is er een afwijking, dan worden de boegschroeven aangestuurd om terug te komen op het gewenste pad. De eerste proeven op de rivier Charles, die naast MIT loopt, gaven de gewenste resultaten.
 

Belading

De volgende stap voor het team is om het besturingsalgoritme geschikt te maken voor de verschillende beladingen van de boot. Als er mensen of lading op zitten, verandert namelijk de traagheid en de weerstand in het water. Ook wordt het algoritme uitgebreid zodat de besturing kan omgaan met sterkere stromingen. ‘Van nature is er in de Amsterdamse grachten niet zo veel stroming, maar als er een grote boot langskomt, moeten we wel rekening mee houden met de stroming die dat veroorzaakt.’

Het zal nog wel een paar jaar duren voor we in Amsterdam hele zwermen van deze autonome bootjes kunnen bewonderen, maar de eerste praktijkproeven mogen we eerder verwachten.