Teleoperatie: robots en voertuigen op afstand besturen
Stel je een graafmachine voor op een instortingsgevaarlijke bouwplaats, of een chirurgisch instrument in een ziekenhuis honderden kilometers verderop. In beide gevallen wil je dat een vakkundig mens de besturing doet, maar niet fysiek aanwezig hoeft te zijn. Dat is teleoperatie: het op afstand besturen van een machine, robot of voertuig door een menselijke operator, via een datanetwerk dat camerabeelden en sensorinformatie heen stuurt en stuurcommando's terug.
Het verschil met een simpele afstandsbediening zit in de complexiteit en de terugkoppeling. Bij teleoperatie ziet de operator vaak live videobeeld vanuit meerdere camera's, en soms voelt hij of zij via speciale bedieningsapparatuur zelfs weerstand terug wanneer de robot ergens tegenaan duwt (dat heet haptische feedback, ofwel tastzin op afstand). Denk aan een dronepiloot, maar dan met een robotarm die een deur opent, een auto die door het verkeer rijdt, of een operatierobot die weefsel doorsnijdt – allemaal aangestuurd door iemand die zich elders bevindt.
Wat is het precies?
Een teleoperatiesysteem bestaat grofweg uit drie onderdelen. Eerst is er de machine zelf: een robotarm, voertuig of ander apparaat met camera's, microfoons en sensoren. Die stuurt continu beeld en meetgegevens naar de operator.
Ten tweede is er de bedienplek van de operator, vaak een control center genoemd. Die kan bestaan uit schermen die meerdere camerahoeken tonen, een stuur en pedalen (bij voertuigen), joysticks, of zelfs een virtual-reality-bril en handschoenen met krachtterugkoppeling voor fijnere taken zoals chirurgie.
Ten derde is er de verbinding ertussen: internet, een 5G-mobiel netwerk of een speciale glasvezelverbinding. Deze schakel is cruciaal, want latentie (de vertraging tussen een commando geven en het effect zien) bepaalt of teleoperatie veilig en bruikbaar is. Bij een vertraging van een paar honderd milliseconden wordt autorijden op afstand al lastig; bij chirurgie moet de vertraging nog veel kleiner zijn.
Er bestaan gradaties. Bij directe teleoperatie stuurt de operator voortdurend elke beweging, zoals bij een speelgoedauto met afstandsbediening maar dan geavanceerder. Bij supervised autonomy (begeleide autonomie) doet de machine het meeste zelf en grijpt de mens alleen in bij twijfel of problemen. Zelfrijdende auto's van bedrijven als Waymo gebruiken vaak dit laatste model: een op afstand meekijkende operator geeft alleen een aanwijzing wanneer de software vastloopt, zonder zelf continu te sturen.
Wat wil men ermee bereiken?
De kern van teleoperatie is mensen en machines scheiden van gevaar of afstand, zonder de vaardigheid en het beoordelingsvermogen van een mens te verliezen. Volledig autonome robots maken nog te vaak fouten in onvoorspelbare situaties; volledige menselijke aanwezigheid ter plekke is soms onmogelijk, te duur of te gevaarlijk. Teleoperatie probeert het beste van twee werelden te combineren.
Concrete doelen zijn uiteenlopend: chirurgen die patiënten in afgelegen ziekenhuizen kunnen behandelen zonder te reizen, ontmantelingsrobots die kernafval of explosieven benaderen zonder mensenlevens te riskeren, en voertuigen die in gevaarlijke omgevingen (mijnen, rampgebieden, de ruimte) werken terwijl de bestuurder veilig blijft. Ook in de logistiek en autonome mobiliteit dient teleoperatie als vangnet: zodra zelfrijdend systemen vastlopen, kan een mens op afstand bijsturen in plaats van dat het voertuig midden op straat blijft staan.
Een minder voor de hand liggend doel is dataverzameling. Bedrijven die humanoïde robots ontwikkelen, laten operators robots op afstand besturen om trainingsdata te verzamelen: elke beweging die een mens voordoet, kan later dienen om kunstmatige intelligentie te trainen zodat de robot dezelfde taak op den duur zelfstandig kan uitvoeren.
Voorbeelden uit de praktijk
Een van de bekendste vroege mijlpalen is de zogeheten Lindbergh-operatie uit 2001, waarbij de Franse chirurg Jacques Marescaux vanuit New York via een glasvezelverbinding een galblaasoperatie uitvoerde bij een patiënt in Straatsburg, met het ZEUS-robotsysteem. Het gold destijds als bewijs dat telechirurgie over grote afstand technisch haalbaar was, al bleef het decennialang vooral een demonstratie: in de dagelijkse praktijk wordt de bekende Da Vinci-operatierobot van Intuitive Surgical meestal lokaal bediend, met de chirurg op een console in dezelfde ruimte of hetzelfde gebouw als de patiënt.
Bij ruimtevaart is teleoperatie altijd al onmisbaar geweest, zij het met een addertje: de Mars-rovers Curiosity (geland in 2012) en Perseverance (geland in 2021) van NASA kunnen niet in realtime bestuurd worden, omdat een radiosignaal tussen Aarde en Mars er – afhankelijk van de onderlinge stand van de planeten – tussen de vier en ruim twintig minuten over doet. Operators op Aarde sturen daarom dagelijks pakketten met commando's die de rover zelfstandig uitvoert, een vorm van vertraagde, begeleide teleoperatie in plaats van directe besturing.
In de mobiliteit experimenteren meerdere bedrijven met het op afstand besturen van auto's. Het Berlijnse bedrijf Vay ontwikkelde een systeem voor "teledriving", waarbij een menselijke bestuurder vanuit een control center een auto elders volledig op afstand bestuurt via camerabeelden en een stuur-en-pedalenopstelling; het bedrijf testte en lanceerde deze dienst de afgelopen jaren onder meer in de Verenigde Staten. Zelfrijdende-autobedrijven zoals Waymo gebruiken een lichtere variant: geen continue besturing, maar operators die op afstand meekijken en het voertuig helpen bij lastige situaties.
Ook bij de opkomst van humanoïde robots speelt teleoperatie een grote rol. Bedrijven als 1X Technologies (bekend van de robots EVE en NEO) en Figure AI laten operators robots op afstand besturen, deels om taken uit te voeren, deels om bewegingen vast te leggen als trainingsmateriaal voor toekomstige zelfstandige robots.
Hoe ver is de techniek?
Teleoperatie is geen nieuwe uitvinding – al sinds de jaren vijftig en zestig van de vorige eeuw worden op afstand bediende armen gebruikt om radioactief materiaal te hanteren, en de olie- en gasindustrie zet al decennialang onderwaterrobots (ROV's, Remotely Operated Vehicles) in voor werk op de zeebodem. Wat de afgelopen jaren wél veranderd is, is de kwaliteit van de verbinding: snellere 4G- en 5G-netwerken en glasvezel maken teleoperatie met lagere vertraging en betere videokwaliteit mogelijk, wat nieuwe toepassingen zoals autorijden op afstand realistischer maakt.
Toch blijven er stevige obstakels. Latentie en verbindingsstoringen blijven het grootste probleem: een korte hapering in het beeld kan bij het besturen van een voertuig in het verkeer al gevaarlijk zijn. Daarom wordt teleoperatie voor veiligheidskritische toepassingen meestal gecombineerd met lokale automatische noodremsystemen die ingrijpen als de verbinding wegvalt.
Een tweede obstakel is schaalbaarheid: één operator kan doorgaans maar één voertuig of robot tegelijk direct besturen, wat kostbaar is. Daarom verschuift de ontwikkeling steeds meer richting begeleide autonomie, waarbij een operator toezicht houdt op meerdere machines tegelijk en alleen ingrijpt wanneer dat nodig is – technisch en organisatorisch nog een aanzienlijke uitdaging.
Tot slot is er nog geen uniforme regelgeving voor teleoperatie op de openbare weg; landen en steden experimenteren met vergunningen en pilots, maar een breed geaccepteerd wettelijk kader ontbreekt vooralsnog grotendeels.
Wie werken eraan?
In de medische sector is Intuitive Surgical (Verenigde Staten), maker van het Da Vinci-systeem, de bekendste naam, al richt dat bedrijf zich vooralsnog vooral op lokale robotchirurgie. Onderzoeksgroepen in onder meer China experimenteren met telechirurgie over grotere afstand met behulp van 5G-netwerken.
Op het gebied van ruimtevaartrobotica is NASA, met het Jet Propulsion Laboratory (JPL), toonaangevend vanwege de Mars-missies. In Europa doet het Duitse ruimtevaartcentrum DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) al jaren gedegen onderzoek naar teleoperatie met haptische feedback, onder meer voor toepassingen in de ruimte en de industrie.
In de mobiliteitssector zijn naast het Berlijnse Vay ook grote namen als Waymo (VS) actief, met teleoperatie als ondersteunend vangnet bij hun zelfrijdende diensten. Bij humanoïde robotica lopen 1X Technologies (Noorwegen/VS) en Figure AI (VS) voorop, terwijl gevestigde robotica-bedrijven als Boston Dynamics (VS) al langer ervaring hebben met op afstand bediende en semi-autonome robots.
Ook Nederlandse kennisinstellingen dragen bij: technische universiteiten zoals de TU Delft doen onderzoek naar telerobotica en haptische interfaces, onder meer voor toepassingen in de zorg en de industrie.