Innovatie met AI: Art-IE legt het uit

Tijdens het Art-IE Robotica en AI event eind 2024, te VIVES Kortrijk, was ik verbaasd over waarvoor artificiële intelligentie al gebruikt wordt in bedrijven. We denken snel aan grasmaaierrobots of robots die auto’s op de lopende band in elkaar zetten, maar in grote magazijnen worden logistieke robots gebruikt om bestellingen uit de rekken te halen en de ruimte in het magazijn 24/24 zo efficiënt mogelijk te gebruiken. AI kan ook een rol spelen in het optimaliseren van productieprocessen in de landbouw. Zo kan artificiële intelligentie gebruikt worden om de kwaliteit en houdbaarheid van geoogste prei te vergroten door wortels nauwkeurig af te snijden. Tijdens het event kwamen deze thema’s aan bod en werden er vier projecten getoond waarin Art-IE bezig was met innovatie dankzij het gebruik van AI. En omdat ik geen expert ben in Robotica en AI nam ik contact op met William Van Nieuwenhove van VIVES om mij meer te vertellen over dit project.

William van Nieuwenhove is onderzoeker Robotica en AI, bij hogeschool VIVES. Binnen het project Art-IE wordt er onderzoek gedaan in drie labs: Toegepaste AI, Federated Learning en Robotica en AI. Het Robotica en AI lab, dat dit evenement organiseerde, is een samenwerking tussen VIVES, Avans en Breda Robotics. Er zijn vier projecten, in dit lab, die hij toelicht. Bij de eerste twee projecten werd vooral gekeken hoe AI kan ingezet worden om verschillende types robots zoals een landbouwmachine of inspectierobot slimmer te maken of de autonomie te verbeteren.

Het eerste project had als doel de optimalisatie van een prei-snijmachine.
William: Dit project is gerealiseerd in samenwerking met machinebouwer Vanhoucke Machine Engineering uit Moorslede. Vanhoucke is specialist in landbouwmachines, waaronder oplossingen voor het snijden van prei en kolen. Ze zijn steeds op zoek naar nieuwe technologie om de machines verder te automatiseren.

Een van die machines, die preiwortels afsnijdt met behulp van een waterjet, staat bij een Nederlandse landbouwer. Momenteel snijdt de waterjet de preiwortels op een vaste positie af. Aangezien preien variëren in lengte, moet achteraf nog manueel worden bijgesneden. Een handmatige snede met een mes is minder kwalitatief dan een “schone” snede met de waterjet van de machine.

Om dit proces te optimaliseren, hebben we met behulp van AI en machinevisie de machine getransformeerd in een slimme preisnij-robot. Omdat die machine heel betrouwbaar moet zijn willen we niet afhankelijk zijn van een onbetrouwbare internetverbinding. Daarom wordt het AI algoritme geïmplementeerd op een efficiënte en compacte lokale AI computer die direct in de machine geïntegreerd kan worden.

VIVES ontwikkelde, samen met de Nederlandse partner Avans, een slim AI model op de edge computer, dat in real-time de optimale snijlijn detecteert. Samen met Vanhoucke werd een prototype van de machine gebouwd, waarbij de waterjet dynamisch wordt aangestuurd om continu de optimale snijlijn te verkrijgen. Het resultaat: minder werk, minder afval en een hogere kwaliteit.

William: ExRobotics is een toonaangevende Nederlandse robotbouwer, gespecialiseerd in gecertificeerde robots voor toepassing in explosiegevoelige sites. Een vroegtijdige detectie van een lek of schade op een petrochemisch terrein is cruciaal voor de veiligheid van alle werknemers. Zelfs een elektrostatische lading in de kledij van een inspecteur kan bij een lek al voldoende zijn om een ontsteking te veroorzaken.

De robots van ExRobotics nemen tijdens een inspectieronde zelfstandig foto’s van duizenden punten. Dankzij AI-gebaseerde beeldanalyse worden beelden in een database vergeleken met live foto’s tijdens de inspectieronde. Indien een meterstand afwijkt van de norm of een lekkage wordt ontdekt, wordt dit automatisch en duidelijk gemeld.

Een essentiële eigenschap van deze robots is hun vermogen tot autonome navigatie, vergelijkbaar met zelfrijdende voertuigen. Hierdoor kunnen ze snel ingezet worden zonder aanpassingen aan het terrein. Dit brengt enkele belangrijke uitdagingen mee:

• Er bestaat geen gedetailleerde kaart, zoals Google Maps, van de volledige site, zowel binnen als buiten.
• GPS-verbindingen zijn niet overal nauwkeurig genoeg. GPS werkt bijvoorbeeld niet betrouwbaar als je onder metalen constructies doorrijdt.

Om de robot nauwkeurig te laten navigeren zonder GPS, onderzoekt VIVES hoe moderne 3D scanning kan gebruikt worden om een model van het bedrijfsterrein te maken. Met behulp van een ronddraaiende laser (LIDAR), bovenop de robot, scant de LIDAR de hele omgeving tijdens het rijden. Op die manier wordt een zogenaamde “digital twin” van het terrein gemaakt waarmee de robot zijn positie kan bepalen en nauwkeurig kan navigeren. We testen deze methode en kijken hoe we dit verder kunnen implementeren op de robot.

Met IoT of Internet of Things, belicht het project een ander aspect van AI. De toepassing van AI op slimme microcomputers. Ook daar werkt VIVES samen met partners Avans en Breda Robotics aan twee projecten.

William: Momenteel wordt AI voornamelijk toegepast in de cloud of op krachtige computers met veel rekenkracht. In dit onderzoek verkenden we de mogelijkheden om AI te implementeren op IoT-apparaten die slechts een beperkte rekenkracht hebben. Bij IoT (Internet of Things) voeg je intelligentie toe aan alledaagse dingen zoals een parkeersensor op een parkeerplaats. Die IoT toestellen verzamelen data, doen een lokale analyse en sturen de resultaten door naar een operator. We werkten met twee innovatieve Kmo’s, die specialist zijn op het vlak van zulke toestellen: Quicksand en Araani.

William: Quicksand maakt slimme en efficiënte IoT apparaten, denk maar aan de intelligente micro-computer in jouw digitale watermeter.

Bij de samenwerking met Quicksand onderzochten we of je een camera en machinevisie kan toevoegen aan een IoT apparaat dat op een dak geplaatst wordt. Met behulp van Artificiële Intelligentie en een camera kan je bijvoorbeeld detecteren of er al dan niet water op dat dak staat en of er structurele schade aanwezig is.

Cameratoepassingen in publieke ruimten ondervinden vaak hindernissen als gevolg van de privacywetgeving. Onze testen met Avans toonden aan dat lokale beeldverwerking op een batterij gevoed IoT device mogelijk is. Bij lokale AI verwerking worden enkel de resultaten doorgestuurd en niet de beelden. Dit verbetert aanzienlijk de privacy en vergroot de inzetbaarheid.

De toestellen van Quicksand worden bovendien vaak geplaatst waar geen stopcontact is, het is dus cruciaal om het energieverbruik van de batterij tot een minimum te beperken. We moeten ervoor zorgen dat er geen milliwatt kostbaar vermogen verloren gaat. Dit maakt de implementatie van AI een extra uitdaging.

Binnen het onderzoeksproject Art-IE ontwikkelden we een methode om het energieverbruik van AI- algoritmes op IoT-apparaten te modelleren. Met behulp van die methode kan je inschatten welk AI-model op welke microcomputer kan draaien en wat de levensduur van de batterij zal zijn.

William: Araani is een West-Vlaamse KMO die specialist is in slimme brandmelders met behulp van machinevisie. In zeer grote gebouwen zoals bijvoorbeeld een afvalverwerkingsbedrijf, is een traditionele rookmelder aan het plafond niet doeltreffend. De camera’s van Araani gebruiken op een betrouwbare manier machinevisie om vroegtijdig brand te detecteren.

Binnen Art-IE hebben we een methode ontworpen om AI modellen, die oorspronkelijk op een krachtige laptop draaien om te zetten naar een model dat op een lokale AIcomputer kan draaien. Opnieuw is de kunst om het algoritme zo snel en efficiënt mogelijk te maken met de beperkte mogelijkheden van een lokale AI processor.

William: Dankzij het Interreg project Art-IE had VIVES samen met partners Avans en Breda Robotics, de kans om Belgische en Nederlandse kmo’s te ondersteunen met hun IoT, AI en robotica projecten. Het toepassen van Artificiële Intelligentie in robots en IoT apparaten vraagt specifieke aanpassingen, zoals het energie-efficiënt maken van de algoritmen, garanderen van privacy en het garanderen van een betrouwbare werking in een omgeving zonder stabiel internet. In de verschillende cases werden stappen gezet om AI binnen deze domeinen naar een productieniveau te brengen. De samenwerking en kennisdeling met Nederlandse partners zorgden voor verschillende invalshoeken en ideeën.