Hoe meer prof.dr. Kees van Hee vertelt over tele-operations, hoe enthousiaster hij wordt. De decaan van de faculteit Wiskunde & Informatica ziet in tele-operations de industriële revolutie van onze tijd. Daarom leek hem dit een mooi onderwerp voor de Super TU/esday op 16 oktober, die hij met de faculteiten Elektrotechniek en Werktuigbouwkunde organiseert. Een aantal specialisten op de gebieden van robotchirurgie, kernfusie- onderzoek en automotive komen spreken. Van Hee hoopt dat er op de Super TU/esday flinke discussies zullen ontstaan en dat de hightech mechatronica-industrie in deze regio toepassingen en mogelijkheden gaat zien.
Tele-operations is in feite de ultieme vorm van afstandsbediening. Deze techniek maakt het mogelijk de besturing van een menselijke handeling te ontkoppelen van de uitvoering van die handeling. Met andere woorden, de plek waar iemand een handeling wil laten plaatsvinden, is niet de locatie waar hij zelf is. Op de plaats van handeling staat een ‘slave robot’ die exact de commando’s uitvoert die een mens op een andere locatie via een besturingsapparaat geeft. Geen slimme, zelfstandige robots dus, maar mensen die een bepaalde handeling op afstand uitvoeren.
Van Hee ziet de nieuwe toepassingen vooral in vrij eenvoudige handelingen, bijvoorbeeld in de landbouw, de service industrie, de fabricage en in de verpleging/zorg. Om deze nieuwe revolutie op gang te brengen, is een zogenoemde ‘killer application’ nodig. “Dit is een toepassing die de ontwikkeling en productie van een standaardrobot rendabel zou maken. Een toepassing die de markt verovert”, legt hij uit.
“Als we in staat zijn betrouwbare, algemeen bruikbare tele-operators te ontwikkelen tegen redelijke kosten, dan kan dit een enorme impact op de economie en de maatschappij hebben. Industriële toepassingen waarbij fabrieksarbeiders niet in de fabriek hoeven te zijn en service-monteurs die niet hoeven voor te rijden, zijn slechts enkele voorbeelden. In de gezondheidszorg, bij zowel de ‘cure’ als de ‘care’, liggen ook enorme kansen. Je kunt verwachten dat er nieuwe bedrijfstakken en bedrijven ontstaan. Maar of we de kansen die er liggen zullen grijpen, hangt van vele factoren af”, zegt van Hee.
Hoe kwam Van Hee eigenlijk bij het onderwerp tele-operations voor de Super TU/esday? “Ik ergerde me aan het feit dat we steeds grotere, spectaculaire projecten moeten opzetten om voor subsidie in aanmerking te komen. Het lukt ons zelden om een mooi groot project te definiëren waarin veel wetenschappers een eigen bijdrage kunnen leveren en wat een eenvoudig uit te leggen doel heeft. Het man-op-de-maan-project uit de jaren zestig van de vorige eeuw was zo’n project. Een mannetje op aarde, tele-operations dus, dat is wat we nu nodig hebben. Zo’n project heeft veel meer directe toepassingen. Een heel gericht project met veel spin-off in Europa, daar kunnen we iets mee. Het moet een beweging worden waarin veel kennisinstituten en bedrijven hun eigen bijdrage kunnen leveren.”

Slaaf en meester
Prof.dr.ir. Maarten Steinbuch van Werktuigbouwkunde: “De techniek van afstandsbesturing is in feite al vijftig jaar oud. Maar met onze steeds snellere computers komen er zeker nieuwe kansen. Tele-operating wordt al langer gebruikt in gevaarlijke omgevingen, zoals bij afvalverwerking in kernreactoren. Of bij onderzoek in de ruimte. Er zijn veel toepassingen in de auto-industrie, in de fabricage. Maar ook in de techniek die in auto’s wordt gebruikt, zoals bij stuurbekrachtiging - in feite een haptisch systeem”. Op de Super TU/esday zal dr. Marco de Baar van de stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) vertellen over de noodzaak van tele-operatie voor het onderhoud van de nieuwe kernfusiereactor ITER die wordt gebouwd in Zuid-Frankrijk. Hierbij is ook de TU/e nauw betrokken.
In de chirurgie wordt ook al veel gebruikgemaakt van robots. De Da Vinci-robot van Intuitive Surgical Inc. uit de VS vertaalt de handbewegingen van de chirurg bij de master naar instrumentbewegingen van de slave. Deze robot wordt gebruikt voor de zogenoemde minimal invasive surgery, in Nederland onder meer bij het Universitair Medisch Centrum Utrecht en het Academisch Ziekenhuis Maastricht. Het systeem heeft een aantal nadelen, met name het ontbreken van krachtterugkoppeling. De chirurg kan het weefsel niet voelen om bloedvaten te vinden of onregelmatigheden zoals tumoren te beoordelen. Ook kan er weefselschade ontstaan door te grote klemkracht. De robot kan ook nog geen operaties met een hoge precisiegraad aan, zoals oog- en microchirurgie. Chirurgen klagen dat de apparatuur te groot en zwaar is. De robot kost bovendien meer dan 1 miljoen dollar en ook het onderhoud ervan is duur. Dr. Ivo Broeders van het UMC komt op de Super TU/esday vertellen over zijn ervaringen met de Da Vinci-robot en zijn toekomstverwachtingen als het gaat om dit soort systemen.

Bij de faculteit Werktuigbouwkunde werken nu vier aio’s aan verschillende facetten van geavanceerde medische robotsystemen. Een vijfde aio werkt hieraan mee in de Mens-Techniek Interactie groep bij de faculteit Technologie Management. Ook TNO is daarbij betrokken. De promovendi zijn bezig met de ontwikkeling van robots voor gebruik in de thorax- en buikchirurgie en de oogchirurgie. Bij de thorax- en buikchirurgie wordt geopereerd in een werkgebied in de borstkas of buikholte van zo’n 150 x 150 x 150 millimeter, met een nauwkeurigheid van 0,1 millimeter. In het nieuwe concept van Werktuigbouwkunde zijn krachtsensoren in de instrumenten verwerkt die via het besturingssysteem en de masterrobot krachtterugkoppeling geven aan de chirurg, waardoor hij of zij het weefsel als het ware voelt. Extra vrijheidsgraden in de instrumenten moeten de flexibiliteit verhogen. De instrumenten worden door de chirurg via de master en slave aangestuurd. De master wordt zo gevoelig gemaakt dat hij ook geschikt is voor oog- en microchirurgie met schaling van de bewegingen en kracht. Voor de oogchirurgie wordt verder een speciale microslave ontwikkeld.
Een zesde aio wordt nog gezocht voor het testen en ontwikkelen van de bruikbaarheid van een versnellingspook waarin de knoppen die nu op het dashboard zitten, bediend kunnen worden via ‘controlled haptic force feedback’. Als bestuurder kun je voelen wat je doet en hoef je niet naar het dashboard te kijken om bijvoorbeeld de verwarming aan te zetten.

Ketting
Het profileringgebied Software Engineering van het Embedded Systems Institute heeft twee postdocplaatsen toegekend aan het tele-operations-programma. De onderzoekers zullen werken aan een universele tele-operations robot en binnen twee jaar tijd een experiment met tele-operators realiseren. Aan hen de taak om het bestaande onderzoek op dit gebied te rangschikken en te integreren tot iets nieuws. “We hebben bij wijze van spreken al veel kralen in dit onderzoek, maar er is nooit een ketting van gemaakt”, aldus Van Hee.
Er zijn daarbij natuurlijk veel problemen om op te lossen. Ook bij de standaard robots die geen microchirurgie hoeven uit te voeren. Eén van de belangrijkste problemen is hoe je gevoel kunt overbrengen. “Het is geen virtual reality, het is de echte wereld. Als een robot een ei uit een kippenhok gaat halen, moet het ei wel heel blijven”, legt Van Hee uit. “Het leuke van de tele-robot die we voor ogen hebben, is dat het maar één soort robot hoeft te zijn. Eentje die via zijn menselijke bestuurder in feite alles moet kunnen. Op den duur zou iedereen wel eens zo’n ding in huis kunnen hebben.”
Of robots specialistisch zouden moeten zijn of van één standaard soort is nog een punt van discussie, ook tussen Van Hee en Steinbuch. Steinbuch ziet meer in specialistische robots, een andere doelstelling is volgens hem naïef. Van Hee stelt dat één universeel type nodig is. “De reden hiervoor is dat we de omgeving niet willen aanpassen. De slave moet dus minstens kunnen werken waar een mens dat ook kan. En omdat alle mensen -bijna- gelijk zijn, hoeven we dus maar één type slave te hebben”, betoogt Van Hee.
De twee wetenschappers kijken in dit verband uit naar de openbare discussie op de Super TU/esday./.

Deelname aan de Super TU/esday is gratis. Aanmelden kan via www.tue.nl/tele-operations.