Maritieme inspecties zonder stuurman

Havens, kades, steigers en scheepsrompen moeten regelmatig worden geïnspecteerd. Dat gebeurt vandaag al deels met drones, maar minstens twee à drie mensen moeten het toestel nog altijd handmatig bedienen vanaf een zodiac. Arbeidsintensief dus, duur en moeilijk op te schalen. Het Nederlandse Royal Roos en het Vlaamse ZYGO ontwikkelden met steun van CrossRoads een varende drone die volledig autonoom zijn weg vindt en daarmee de maritieme inspectie-industrie klaarmaakt voor de toekomst.

Royal Roos is een maritiem ingenieursbureau uit Rotterdam dat gespecialiseerd is in drijvende objecten en maritieme constructies. Onder hun paraplu valt ook Royal 3D, een tak die 3D-printtechnologie inzet voor op maat gemaakte platformoplossingen. In het CrossRoads-project lag hun focus op de hardware: een varende drone uitgerust met sensoren voor inspecties.

Fulko Roos, oprichter van Royal Roos: “We hebben een drone ontworpen en 3D geprint met twee floaters, dat zijn langwerpige drijvers aan weerszijden die de drone op het water houden. Wij leverden het platform: de romp, de machinekamer, de elektronica, de accu’s, … De autonome navigatie met sensoren en slimme computing unit werd door ZYGO verzorgd."

"Het model is parametrisch opgebouwd zodat we digitaal makkelijk aanpassingen kunnen doen,” vult Bob de Reus, 3D printing engineer bij Royal 3D, aan. “Het basisrecept is steeds hetzelfde en afhankelijk van de operationele eisen van de klant, zoals het vaargebied, de golfslag en de duur van de missie, kunnen we de afmetingen eenvoudig wijzigen en printen.” De machinekamer – het hart van de drone met aansturing, accu's en verbindingen – blijft vaak identiek.

Die schaalbaarheid is bewust. “We willen niet één drone hebben waarbij de klant zijn operatie moet aanpassen. Wij zorgen voor een aangepaste drone die perfect aansluit bij wat de klant nodig heeft," vertelt Fulko. “Een drone voor dieptemetingen moet snel kunnen varen, maar voor inspecties onder een steiger heb je net een kortere, wendbare drone nodig. Dat kunnen wij heel snel aanpassen.”

ZYGO ontwikkelt software voor autonome robotica, van rijdende robots tot vierpotige robothonden. “Water was nieuw terrein voor ons”, zegt Erik van Winkel, co-founder ZYGO. “Maar we wisten dat er een concrete marktvraag was, onder andere vanuit inspectiebedrijven zoals AquaSmartXL, die al met drones werkten maar op zoek waren naar autonome aansturing. Zij kenden ook Royal Roos en zo is de samenwerking tot stand gekomen.”

"Wij onderzochten welke algoritmes, technologieën en sensoren nodig waren om autonome navigatie mogelijk te maken", zegt Erik. "Maar wel steeds met de gedachte: dit moet commercieel inzetbaar zijn, schaalbaar en toepasbaar op verschillende types drones. Daarom hebben we ons softwareplatform grondig aangepast en uitgebreid, zodat het flexibel en makkelijk op te schalen is voor verschillende maritieme use cases.”

Water vormde een uitdagende omgeving. Golfslag, drift, rotatie, stabiliteit van de drone op het water. “Hier hadden we nog geen ervaring mee,” vertelt Erik. Daarom bouwde ZYGO eerst een digitale simulatieomgeving. “We pasten onze digital twin simulator grondig aan voor specifieke waterfysica. Zo konden we de software uitvoerig testen met een digitaal model van de drone nog voor de fysieke drone volledig klaar was", zegt Erik.

Tijdens die simulaties werd duidelijk dat hun klassieke navigatietechnologie onvoldoende nauwkeurig werkte op water. "Dicht bij een kademuur of tussen schepen werkt het model goed", zegt Erik. "Maar op een grotere, open watervlakte heb je nauwelijks referentiepunten. Dat maakt navigeren van een specifieke route veel moeilijker. Daarom voegden we een extra bewegingssensor toe die samen met LiDAR-technologie een nauwkeurig 3D-model van de omgeving maakt. De sturingssignalen voor het navigeren, binnennemen van de gegevens van de navigatiesensoren en verwerken door de software gebeurt in een slimme computing unit (ingebouwd in de drone), die ZYGO samen met een Vlaamse leverancier (AI Blox) heeft aangepast om in deze toepassing in te zetten.”

Daarna volgde de integratie met de fysieke hardware van Royal Roos, en uiteindelijk een gezamenlijke testdag in Rotterdam. "Dat was een intense dag, maar er is heel veel informatie uitgekomen", zegt Erik. “We hebben daar echt kunnen zien hoe het model reageert in realistische omstandigheden en welke bijkomende aanpassingen nodig waren.”

Die testen brachten meteen ook een andere realiteit naar boven: autonome drones testen in een havenomgeving is allesbehalve eenvoudig. “Je kan niet zomaar een drone in het water leggen en beginnen met testen,” zegt Bob. “De haven moet geïnformeerd worden, veiligheidsdiensten moeten betrokken worden en regelgeving rond varende drones is nog heel beperkt.”

Daarbovenop komt de digitale veiligheid. Een autonoom varende drone moet veilig communiceren en mag niet overgenomen kunnen worden door derden. “Je volledige digitale infrastructuur moet kloppen,” vertelt Bob. “Maar als je dan op zoek gaat naar wetgeving of voorschriften voor varende drones, merk je dat die er nauwelijks zijn. Op een bepaald moment wisten we zelfs niet zeker of bepaalde signalering wettelijk verplicht was.”

Welke regels precies gelden, hangt bovendien sterk af van de toepassing. Een drone die inspecties uitvoert in een privéhaven valt binnen een andere context dan een drone die autonoom door de haven van Rotterdam of Antwerpen vaart. “Wat de klant met het platform doet en waar die het inzet, bepaalt uiteindelijk welke regels van toepassing zijn,” vult Bob aan.

Ondanks die uitdagingen slaagden de partners erin om het platform stap voor stap verder te ontwikkelen. Vandaag is versie drie van de drone operationeel en werkt Royal Roos al aan een vierde generatie met meer vermogen, een grotere actieradius en verbeterde software. “Als je terugkijkt naar waar we een jaar geleden stonden en waar we nu staan, is dat echt een wereld van verschil,” zegt Fulko. “Dat heb je zelf niet door, omdat je er elke dag aan werkt.”

Rond de drone bouwde Royal Roos ondertussen ook de volledige productieomgeving uit: van testprotocollen en productspecificaties tot assemblagesystemen en werkprocessen. Tegelijk zetten ze sterk in op circulariteit en lokale productie. “We proberen onze materialen en componenten zo veel mogelijk in Nederland, de Benelux of – als het niet anders kan – in Europa aan te kopen,” zegt Bob. “Ook restmateriaal van het 3D-printproces verwerken we opnieuw in toekomstige drones.”

Voor ZYGO was het project een gecontroleerde manier om een nieuwe markt te verkennen. “Je weet op voorhand nooit hoeveel tijd en effort zo’n traject vraagt, of het technisch haalbaar en economisch schaalbaar is,” zegt Erik. “CrossRoads heeft een deel van dat risico weggenomen. Het gaf ons de tijd en middelen om echt een degelijk ontwikkelingsproject op te zetten en verschillende pistes af te wegen, zonder dat daar onmiddellijk commerciële return tegenover moest staan. Zonder de subsidie hadden we die stap niet zomaar gezet."

Voor Erik onderscheidt CrossRoads zich door de focus op concrete marktgerichte toepassingen: “Het gaat niet om onderzoek ver weg van de praktijk. Je werkt samen met andere bedrijven aan oplossingen die je nadien verder kan uitbouwen richting commercialisatie. Het brengt bedrijven samen die je zelf niet altijd ziet, wat leidt tot nieuwe ideeën en kansen die je vooraf niet had ingecalculeerd. Bovendien is het programma een van de meer pragmatische subsidietrajecten. De indiening, evaluatie en rapportage zijn haalbaar voor kmo's, zeker vergeleken met andere Europese programma's."

Bob voegt als afsluiter nog een concrete aanbeveling toe: "Zorg dat je voldoende fysiek samenkomt. Bij dit soort projecten helpen fysieke testmomenten enorm. Dat maakt het verschil."