EO

Ai Ai kapitein!

18 maart 2021 om 15:18 uur

De autonome Mayflower na de tewaterlating op 15 september 2020. Foto: Tom Barnes/IBM

Twee jaar duurde het voordat ontwerp en bouw voltooid waren, de AI- modellen waren getraind en het robotschip Mayflower in Plymouth te water gelaten kon worden. De trimaran die dankzij kunstmatige intelligente kapitein en zonnepanelen geheel autonoom de wereldzeeën bevaart, moet de komende jaren verslag uitbrengen van de staat van onze oceanen. Zo zal het onderzoek doen naar de opwarming van de aarde, vervuiling door onder andere microplastics en de zeezoogdierenstand.

 

Door Liam van Koert

 

Mayflower Autonomous Ship - MAS voor de insiders - is het resultaat van een nauwe samenwerking van Promare, IBM research en diverse wetenschappelijke instituten. Haar taak? Het veilig, flexibel en kosteneffectief verzamelen van data over de oceanen. Niet alleen het feit dat het schip een computer als kapitein heeft maakt haar bijzonder. Ook de manier waarop de data verzameld wordt en de hele wereld live kan meekijken wat die gegevens allemaal zijn. Dat laatste gebeurt via het webportal, waar ook niet wetenschappelijke bezoekers terecht kunnen. Bijvoorbeeld om de zevenarmige chatbot-octopus Artie te helpen met het uit het water vissen van afval zoals sigaretten en in toenemende mate mondkapjes.

 

ai ai kapitein‘Ask Artie’

Wie meer wil weten over de autonome Mayflower kan de website www.mas400.com bezoeken. Daar kan je ook chatten met Artie – een samentrekking van Artemis en Artificial Intelligence, de zevenarmige AI-octopus en verstekeling. Op de vraag waar zijn de achtste arm is gebleven kwam Artie met het volgende relaas: “I am a rare breed of umbrella octopus (family Opisthoteuthidae) from the deep sea. I have shorter arms than other octopus which makes it better for curling up into a ball when things get sticky. As a child I lost one of my arms while attempting to extract a prawn from a drink can. This makes me technically a septopus. I found this ship with no humans on it floating around on the ocean surface and decided to hitch a ride. I’m travelling around the world with the AI Captain learning about the ocean. Ask me about the ship, the ocean, or about me!”

 

 

 

ai ai kapitein

De supercomputer Sierra. Je zou kunnen zeggen dat onze AI-kapitein hier naar school ging. 

 

Microkosmos

Aan boord van de autonome Mayflower deelt een slimme computerkapitein, luisterend naar de naam ‘AI Captain', de lakens uit. Om te weten welke lakens er allemaal uitgedeeld moeten worden - een optelsom van voelen, denken en beslissen - is AI Captain uitgerust met geavanceerde edge-computingsystemen, automatiseringssoftware, vision-technologie en Red Hat opensource-software.

Volgens Andy Standford Clark, chief technology officer bij IBM UK Ireland lijkt de nieuwe Mayflower onder de motorkap qua architectuur meer op een moderne bank dan op een schip. "Mayflower is met haar nieuwe zeewaardige AI-uitrusting in staat om de horizon te scannen op mogelijke gevaren, geïnformeerde beslissingen te nemen en haar koers zo nodig te wijzigen op basis van een mix van live data. Zelfs de meest uitdagende omstandigheden kan ze het hoofd kan bieden. Je zou het schip kunnen zien als een eigen microkosmos, die menig bedrijf in de 21ste eeuw niet zou misstaan", liet hij onlangs in een persbericht weten.

 

Op het randje

Maar hoe ziet de Mayflower er dan onder de motorkap uit? En welk deel kwam er voor rekening van IBM? Zijn zij ineens in aandrijfbesturingen gestapt? Wat speurwerk leert ons dat de waarheid hier ergens in het midden ligt, of op het randje, om in de termen van IBM te blijven. Het blijkt namelijk vooral om edge-computingsystemen te gaan. Vijftien stuks om precies te zijn. Deze lichtgewicht en energiezuinige systemen, die zijn uitgerust met NVIDIA Jetson AGX Xavier GPU's zorgen er voor dat Mayflower zelfstandig kan varen en taken kan uitvoeren, ook wanneer er geen verbinding met het vaste land is. In tegenstelling tot Central Processing Units (CPU's), zijn Graphical Processing Units (GPU's) door hun architectuur veel beter in staat om te rekenen met tensoren - de bouwstenen van neurale netwerken. Dit komt goed uit wanneer je de data afkomstig van meer dan dertig sensoren - waaronder zes hoge-resolutie camera's - wilt correleren met een tweejarig trainingsprogramma opdat een AI-kapitein veilig een eigen koers kan varen. Natuurlijk zijn er ook genoeg momenten dat er wel contact is met Mayflower. Op dat moment worden alle edge-systemen met de IBM Cloud gesynchroniseerd, zodat de AI-kapitein en mission control weer op één lijn zitten. Mayflower kan ook communiceren met andere schepen en entiteiten. Dat gebeurd via de satelliet. De besturingssoftware zelf is opensource en gebaseerd op Linux Red Hat.

 

ai ai kapiteinEen langsdoorsnede van MAS. Links zijn de computersystemen te zien, in het midden de batterij, rechts de aandrijving. 

 

Twee jaar trainen

Een AI-kapitein wordt je niet zomaar. Zoals gezegd doorliep die van de Mayflower een trainingsprogramma van maar liefst twee jaar, waarbij meer dan een miljoen nautische afbeeldingen uit het hoofd moesten worden geleerd. Daar bovenop kwamen uiteraard ook de nodige kaarten en alle officiële zee-regels, voorschriften en conventies. Een flinke kluif, waarvoor gelukkig gebruik kon worden gemaakt van de kennis van enkele software-engineers die normaliter werken met enkele van de snelste supercomputers ter wereld: de Summit en de Sierra-systemen van het Amerikaanse Department of Energy. Voor het trainen gebruikten zij een AC922-server die naast Nvidia Tensor Core GPU's ook is voorzien van IBM Power9 CPU's. Dit is dezelfde hardware waarmee ook voorgenoemde supercomputers gebouwd zijn.

 

Uiteindelijk zijn alle geleerde lessen ingebracht in IBM's Operational Decision Manager, zij het aangepast voor maritiem gebruik. Dit complexe bouwsel van complexe algoritmes en beslissingsbomen laat ook ruimte voor toekomstige lessen: ook Mayflower kan een leven lang leren. Hierdoor is zij niet alleen in staat om autonoom zonder botsen te navigeren in verschillende weersomstandigheden. Het autonome vaartuig beschikt ook over een eigen virtuele dokter die noodlijdende systemen kan omzeilen of repareren - meestal door ze op nieuw op te starten. En blijkt een aanvaring toch onvermijdelijk dan staat de veiligheid van andere zeelieden altijd voorop.

ai ai kapiteinDe nieuwe Mayflower is half zo groot als haar beroemde voorganger en heeft slechts 3 procent van haar voormalige gewicht.  

 

Een kleine geschiedenis

Plymouth en Mayflower zijn al meer dan 400 jaar onlosmakelijk met elkaar verbonden. De oorspronkelijke versie van het beroemde schip vertrok er op 6 september 1620 met 102 ‘Pilgrim Fathers’ – die overigens ook een poosje in Leiden vertoefde vanwege het aangename seculaire klimaat – naar Amerika om daar in New England een nieuw bestaan op te bouwen. Daar de financiering op handelswaar uit de nieuwe wereld gebaseerd was het ruim van gecharterde Mayflower rijkelijk gevuld met beverhuiden. Deze werden op de terugreis in beslag genomen door Franse piraten. Gelukkig volgden er nog vele overtochten. Helaas niet voor een tweede Mayflower – het ‘origineel’ is vermoedelijk rond 1624 gesloopt – die tijdens haar vijfde overtocht in 1641 spoorloos verdween. En dan is er nog de Mayflower II, een zeewaardige replica uit 1956 die in Plymouth in de VS ligt. (Beeld: University of Birmingham’s Human Interface Technologies Team).

 

 

Ontwerp

De moderne Mayflower beschikt over een drievoudige romp met een enkele centrale toren om de radar, camera's en gps-antennes boven water te houden. Ze heeft een aluminium composiet behuizing. Het 15 meter lange en 6,2 meter brede schip dat zo'n 5 ton weegt heeft een maximum snelheid van ongeveer 10 knopen. In principe wordt alle elektriciteit geleverd door een met zonne-energie gevoede lithium-ion-fosfaat batterij, maar er zijn reservedieselgeneratoren aan boord. In eerdere ontwerpen was ook in een ‘vleugel' voor het benutten van windenergie voorzien, maar uiteindelijk is er voor gekozen de voortstuwing volledig uit twee 20 kW elektromotoren te halen.

 

Meetapparatuur

Zoals gezegd is er ook een flinke hoeveelheid meetapparatuur aan boord. Zo is er een fluorometer waarmee fluorescentie kan worden gemonitord en algen en fytoplankton kunnen worden gedetecteerd. Beide zijn een belangrijke indicator voor de gezondheid voor een marine-ecosysteem gezien hun gevoeligheid voor temperatuur en waterkwaliteit. Ook is er een robot voor het nemen van watermonsters die later in het lab kunnen worden onderzocht op diezelfde plankton en algen, maar ook op de aanwezigheid van microplastics en andere bestanddelen. Verder worden zoutgehalten, zuurstofconcentratie en temperatuur gemeten en beschikt Mayflower over een digitale hydrofoon voor populatie en distributie-onderzoek naar walvissen en andere zeezoogdieren.

 

Een heel nauwkeurig Global Navigation Satellite System (GNSS) en een accelerometer meten op hun beurt de zeespiegel en de golfenergie op open oceaan. Wetenschappers kunnen dit gebruiken ter kalibratie van andere hoogtemetingen van satellieten, die zich nu alleen kunnen beroepen op een netwerk van getijdemetingen aan de kustlijnen. Gecombineerd met videobeelden van hoge-resolutie camera's die de golven filmen, vergroot dit het inzicht in stromingen en levert Mayflower waardevolle informatie voor de bescherming van schepen en boorplatforms en het opwekken van energie met behulp van de golfslag.

ai ai kapiteinEen inkijkje in het virtuele brein van een AI-kapitein 

 

Interactieve AI-octopus

Om de nieuwe Mayflower gedurende haar reis te kunnen volgen, heeft ProMare een bijzondere webportal in het leven geroepen. Via de webportal kunnen bezoeker in realtime zien waar MAS zich bevindt en met welke omgevingscondities zij te maken heeft. Ook is hier chatbot Artie te vinden. Gebaseerd op IBM's Watson Assistant is Artie - een zevenarmige octopus getraind om al deze informatie op een levendige manier te vertellen. Via MAS400.com kunnen bezoekers Artie zelfs helpen met het opruimen van de oceaan.


De nieuwe Mayflower werd op 15 september 2020 succesvol te water gelaten. Door coronavertragingen bevindt MAS zich ten tijde van dit schrijven nog steeds in de haven van Plymouth. Of om in de termen van Artie te spreken: op 50,31 graden noorderbreedte en 4,18 graden westerlengte. Op maandag 19 april zal zij uitvaren voor haar eerste missie: het oversteken van de Atlantische oceaan. Wij wensen haar een behouden vaart.


 

Kennis

RSS

Welke taal is verplicht voor de gebruiksaanwijzing van een machine?

12-04-21 15:53 Moeten we als Nederlandse machinefabrikant de gebruiksaanwijzing leveren in...

Snelle machine learning aan de edge met open-source ontwikkeltools

25-03-21 11:55 Door gebruik te maken van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van...

Steentje bijdragen

18-03-21 15:22 Steenfabriek Wienerberger in Winterswijk kampte al langere tijd met een...

Meer kennis »

Laatste productnieuws

Doorvoeren voor adaptersysteem

Doorvoeren voor adaptersysteem

Icotek breidt het assortiment van adaptertules voor het Imas-Connect adaptersysteem uit met de AT-PP en de AT-K-M. De IP65-beschermde AT-PP adapterdoorvoer is gebaseerd op een KT grote doorvoertule. De elastomeer…

UPS-systeem

UPS-systeem

Met MegaFlex introduceert ABB een robuust en compact UPS-systeem dat naar eigen zeggen een 45 procent kleinere footprint heeft dan vergelijkbare modellen.

Servo-aandrijvingen

Servo-aandrijvingen

De MELSERVO MR-J5-serie servo-aandrijvingen heeft onder andere een frequentierespons van 3,5 kHz en een cyclustijd van 31,25 µs.

Meer productnieuws »

Laatste nieuws

Waarin een kwantummagneet op water lijkt

Een gefrustreerde kwantummagneet gedraagt zich eigenlijk net als water

Vloeibaar water kan bevriezen en een vaste stof vormen, of koken en gasvormig worden. In onze keuken verlopen zulke faseovergangen niet geleidelijk, maar onder hoge druk zijn dz veel ’gladder’. En zo werken…

Alle 10 miljoen gebouwen in Nederland ontsloten in 3D

Alle 10 miljoen gebouwen in Nederland ontsloten in 3D

Tochtgaten in een kantorenwijk, geluidshinder door industrie, horizon-vervuilende windmolens bij woonhuizen, verkeerde lichtinval in een school. Niet altijd vooraf voorzien, maar wel hinderlijk of ronduit storend nadat…

Volvo en SSAB gaan eerste voertuigen produceren op waterstof

Volvo en SSAB gaan eerste voertuigen produceren op waterstof

Volvo en SSAB willen ‘s werelds eerste voertuigen produceren van fossielvrij staal. Volvo is van plan om al dit jaar te beginnen met de productie van conceptvoertuigen en onderdelen van staal dat door SSAB wordt…

Meer nieuws »

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 april 2021, online

KNAW-webinar: Wiskunde in tijden van corona

Epidemiologische modellen brengen de verspreiding van infectieziekten binnen sociale netwerken in kaart...

20 april 2021, online

Webinar over Europese normalisatie in staalsector

Webinar over de herstructurering van de Europese normalisatie in de staalsector.

18 mei 2021, 18, 19 en 20 mei 2021

Machineveiligheid in vogelvlucht (online training)

Meer agendapunten »

Gratis nieuwsbrief

EOL