Door de vergrijzing ontstaat een groeiende kloof tussen de behoefte aan zorgondersteuning en beschikbare menskracht om die ondersteuning te leveren. Robots kunnen hierbij mogelijk een rol spelen. Maar dan moeten deze robots wel veilig zijn in hun interactie met mensen.
Doel van dit project is het ontwikkelen van een Robot Safety-Module die kan garanderen dat een robot zich op een veilige manier gedraagt, of anders op een veilige manier tot stilstand komt. We richten ons daarbij op zorgrobots als Rose en Pepper. Het Rose-model staat voor robots die een fysieke interactie met de omgeving kunnen aangaan, terwijl het Pepper-model staat voor de categorie sociale robots.
De te ontwikkelen Robot Safety Module maakt gebruik van sensoren. Als deze een vooraf gedefinieerde afwijking van de verwachte waarden weergeven, wordt de zorgrobot in een veilige toestand gebracht. Om dit betrouwbaarheidsniveau te verkrijgen, voeren we een functionele veiligheidsanalyse uit volgens de Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) methode. Eén optie om het fail-safe niveau te bereiken, is de safety-module zijn eigen set sensoren te geven en in staat is om hardware-opdrachten die aan de actuatoren van de gezondheidszorgrobot worden gegeven, te overrulen. Een tweede optie is een safety-module die zowel zijn eigen set sensoren gebruikt als de sensoren van de robot zelf. Een derde optie is het ontwerpen en implementeren van een safety-module die de sensoren en actuatoren van de zorgrobot gebruikt. Deze drie hardwareopties moeten samenwerken in een software architectuur die ook op zichzelf garanties moet kunnen geven over de uitvoering van kritische stappen.
Veiligheid bij service robots is nog een onderontwikkeld gebied. De meest gebruikte ontwikkelomgeving is gebaseerd op ROS (Robot Operating System), dat een combinatie is van een besturingssysteem, communicatie standaard en community, waarin gewerkt wordt met open standaarden. Echter, het open en eenvoudig uitbreidbare karakter van de ROS-omgeving(op basis van publish – subscribe middleware) biedt op zichzelf geen garanties voor de tijdige afhandeling van berichten. Zonder speciale maatregelen wordt in deze opzet zelfs een noodstop niet gezien als een commando met de hoogste prioriteit, maar als een verzoek om te stoppen, dat eventueel genegeerd kan worden.
De innovatie zit in het creëren van een aparte module waarmee het geven van garanties en afdwingen van veiligheid kan worden geborgd. Dat vraagt een kleine doorbraak in hardware en software.
De projectactiviteiten focussen op:
"Met Dezyne kunnen we code creëren, simuleren, wiskundig verifiëren en automatisch genereren voor cyber-fysieke systemen, en daarmee deze uitdagingen beheersbaar maken."
- Bert de Jonge, Verum
De projectorganisatie bestaat uit
Kenmerkend voor het Robot Safety Module project is de cross-domein samenwerking tussen de betrokken partners uit het werkveld en studenten en (docent) onderzoekers vanuit drie verschillende domeinen: Techniek, Ontwerpen & Informatica (TOI), Gezondheid, Sport & Welzijn (GSW) en Business Finance & Law (BFL). Door deze cross-over raken de studenten vertrouwd met de multidisciplinaire aanpak van complexe en innovatieve maatschappelijke vraagstukken en leveren de behaalde innovatieve oplossingen belangrijke bijdrage aan het werkveld en de maatschappij.
Gedurende de projectperiode zal er wekelijks overleg zijn tussen de betrokken partijen en zullen de studenten hun voortgang presenteren en feedback kunnen ontvangen tijdens de maandelijkse progress meetings.
Binnen Inholland wordt de verworven kennis verspreid door de eindpresentaties van de studenten. Getracht wordt om de onderzoeksresultaten op te nemen in de curricula van passende opleidingen.
De partners in dit project zijn Diginova, Verum, de Robotics and Mechatronics Group van de Universiteit Twente en docent-onderzoekers en studenten van de Hogeschool InHolland, vanuit drie domeinen: GSW (Zorg), BFL (business) en TOI (techniek).
Het belang van dit project ligt voor elke consortiumpartner op een ander gebied. De universiteit Twente ziet graag dat hun kennis en expertise zijn weg vindt in de industrie. Voor Verum is het belangrijk dat hun tool Dezyne, waarmee formeel bewijs geleverd kan worden over de juiste werking van de software, wordt verbeterd en meer bekendheid krijgt in zowel de industrie als in het onderwijs. Voor Diginova is het belangrijk om garanties te kunnen geven over het veilig opereren van hun robot in een omgeving met ouderen en kwetsbare personen.
Om een brede verspreiding van kennis met betrekking tot de safety-module te bereiken, zullen we onze resultaten publiceren in een peer-reviewed paper op een internationale conferentie zoals Communicating Process Architectures, augustus 2020, en in technische rapporten onder toezicht van de hogeschool InHolland en de Universeit Twente.
De projectactiviteiten focussen zich op het ontwerpen en implementeren van zowel hardware als software om de robot safety-module operationeel te krijgen.
Voor de hardware onderzoeken we in eerste instantie welke mogelijkheden de bestaande hardware biedt om een safety-module te ontwikkelen. Voor de software onderzoeken we welke tools al bestaan en in hoeverre deze tools aanpassing vereisen zodat de safety-module met behulp van deze tools ontwikkeld kan worden.
Binnen dit KIEM-project doen we onderzoek naar de basisprincipes van het waarborgen van de veiligheid van zorgrobots. We verwachten dat de projectresultaten voldoende draagvlak weten te creëren om een grotere subsidieaanvraag voor de Robot Safety Module op te kunnen maken. Het voornaamste doel hiervan zal zijn om de essentiële uitdagingen voor de Safety Module die tijdens deze KIEM aan het licht zullen komen, aan te pakken, een eerste proof of concept te bouwen en aan praktijktesten te onderwerpen om de Technology Readiness Level naar een hoger niveau te brengen.
