De cobot als modern werkdier

Collaboratieve robots komen we steeds vaker tegen op de industriële werkvloer. Die technologie heeft echter wel een zetje nodig, want weliswaar wordt er vaak gewerkt mét de cobot, maar nog te weinig sámengewerkt. Essentieel is dat de medewerker het ‘gedrag’ van de cobot juist kan interpreteren en voorspellen. Elsbeth de Joode (Saxion) en Marijke Bergman (Fontys) stellen in dit artikel ontwerpprincipes voor op basis van de eeuwenoude samenwerking tussen mens en werkdier.

Elsbeth de Joode is hoofddocent en onderzoeker bij het Saxion-lectoraat Brain & Technology. Ze is gepromoveerd neuropsycholoog en doet onderzoek naar de interpretatie van het gedrag van cobots door mensen. Marijke Bergman is senior onderzoeker bij het Fontys-lectoraat Mens & Technologie en projectleider van het Raak mkb-project ‘Close encounters with cobots’. Ze doet onderzoek naar de interactie met en de acceptatie en omarming van technologie door de werkende mens.

18 december 2020

Robots in de maakindustrie hoeven niet langer alleen achter hekwerk hun taken te verrichten, maar kunnen steeds vaker naast en tussen hun menselijke collega’s functioneren, in de vorm van cobots. De toenemende behoefte aan personalisatie van producten – en in kleinere oplages – maken het gebruik van zo’n cobot extra aantrekkelijk. Daarbij zijn ze handzaam, relatief licht en klein, en veiliger voor interactie met de menselijke medewerker.

De welbekende Handle-robot van Boston Dynamics doet denken aan een grote loopvogel.

Volgens de International Federation of Robotics vormen cobots momenteel nog slechts 4,8 procent van het totaal aantal robots, maar groeit deze markt razendsnel. Mens en robot werken in de praktijk echter meer naast elkaar, dan samen. Het is de verwachting dat dat in de nabije toekomst – mede door de zogenaamde vijfde industriële revolutie – zal veranderen. Dan zullen mens en technologie allebei hun eigen expertise inbrengen in het productieproces, waarin de mens een creatieve en proactieve partner is van de productieve en ondersteunende technologie.

Intensieve en interactieve samenwerking is complex, voor zowel de cobot als de mens. Noodzakelijk zijn een gemeenschappelijk doel, uitwisseling van informatie en een bepaalde mate van vertrouwen. Er moet afstemming plaatsvinden en beide partijen moeten in staat zijn de intenties van de ander te begrijpen. De cobot moet adaptief kunnen omgaan met de onvoorspelbare omgeving en moet een natuurlijke, intuïtieve manier van communiceren hebben. De medewerker die met de cobot samenwerkt, is vaak minder technisch onderlegd dan het geval is bij traditionele industriële robots. Het gedrag van de cobot moet als vanzelf te begrijpen zijn om optimale samenwerking niet in de weg te staan.

Wij betogen echter dat het menselijker maken van een cobot (door bijvoorbeeld het toevoegen van een gezicht of ogen aan het ontwerp) niet voldoende is. Het kan zelfs tégenwerken in het bereiken van een goede samenwerking tussen mens en cobot. Onze verwachtingen over mensachtige cobots komen namelijk vaak niet overeen met de functies en mogelijkheden van deze cobots.

 advertorial 

Online Industrial 5G Conference

Bits&Chips and Mechatronica&Machinebouw organize the first edition of the Industrial 5G Conference as an online event. The online conference will be divided into multiple sessions in 2021: 2 February, 2 March, 30 March and 11 May. Each session includes two lectures. Niels König (Fraunhofer IPT) will kick off with his keynote speech.

Vertrouwen

Intuïtieve technische ontwerpen kenmerken zich door het gebruik van kennis over natuurlijke reacties van mensen op geluiden, beelden of bewegingen. Mensen zijn bij wijze van spreken geprogrammeerd om dit ‘gedrag’ van technologie te interpreteren en daarop te reageren. Dit gedrag moet dus zo veel mogelijk eenduidig zijn en de juiste verwachtingen scheppen, passend bij de daadwerkelijke functies en signalen die we willen overbrengen.

Voor succesvolle samenwerking is het essentieel dat de mens vertrouwen heeft in de cobot. De medewerker moet zich veilig voelen om optimaal te kunnen presteren en fouten te voorkomen die de productielijn kunnen stilleggen. Dit gevoel van veiligheid kun je bevorderen door de cobot zich voorspelbaar en leesbaar te laten gedragen. Dat wil zeggen, dat de mens makkelijk kan inschatten wat de cobot gaat doen, en ook begrijpt waarom de cobot dat doet, met welke intentie zogezegd.

Boston Dynamics cobot dier
Ford experimenteert met een robothond, de Spot van Boston Dynamics, om zijn fabrieken te scannen. Foto: Ford

Cobots die zich natuurlijk bewegen, zijn voorspelbaarder en leesbaarder voor mensen. De snelheid van bewegen moet passen bij de grootte van de cobot, zoals we dat gewend zijn bij mensen en dieren (hoe groter, hoe trager). De stopafstand van de cobot mag niet te dicht bij de mens zijn en er moet een remweg zijn die het afremmen van mens of dier imiteert – met andere woorden: niet abrupt of schokkend. Als de robotarm een beweging van A naar B moet maken, dan zou daarin een bocht moeten worden gemaakt in plaats van een rechte lijn, zodat mensen beter kunnen inschatten wat de bestemming is van deze beweging. Ook door de houding van de cobot (alert of in sluimerstand), het richten van zijn ‘kop’ naar de mens of het maken van een kleine beweging met de robotarm wordt de intentie van de cobot duidelijker voor de mens.

Je zou denken dat door het imiteren van menselijk gedrag door cobots een ideale samenwerking tot stand zou kunnen komen. Uit onderzoek blijkt echter dat het mensachtig maken van cobots een aantal nadelen heeft. Ten eerste is het enorm ingewikkeld om een cobot zich daadwerkelijk als een mens te laten gedragen, zowel in beweging als in cognitie achter dat gedrag. Ten tweede komt de zogenaamde uncanny valley om de hoek kijken: hoe menselijker een robot wordt, hoe ongemakkelijker we ons daarbij voelen. Dat gevoel verdwijnt pas weer als deze menselijke robot daadwerkelijk een mens op allerlei vlakken imiteert en evenaart. Maar zo ver is de technologie nog niet, en bovendien zou dat cobots erg kostbaar maken. Ten derde kun je nog denken aan de existentiële angst van mensen om vervangbaar te zijn. Bij een mensachtige robot komt die angst wellicht eerder opzetten, want wat heb je als mens dan nog toe te voegen? Wij betogen dat niet het imiteren van menselijk gedrag, maar het emuleren van dierlijk gedrag hier een oplossing biedt.

Directe aannames

Een werkrelatie die de mens al duizenden jaren kent, is die met dieren zoals olifanten, ossen, paarden en honden. Deze vindt juist zijn kracht in de combinatie van specifieke talenten, waardoor mens en werkdier elkaar aanvullen. Net als bij de mens en de cobot op de werkvloer binnen de maakindustrie.

Het activeren van een metafoor in het gebruik van technologie is belangrijk omdat mensen daarmee gemakkelijk begrijpen wat de bedoeling is van de technologie, wat ze ervan kunnen verwachten en hoe ze ermee om kunnen gaan. Het gebruik van een werkdier-metafoor zorgt ervoor dat mensen direct een aantal aannames doen over de omgang met cobots:

– Grote en sterke cobots kunnen gevaarlijk zijn; ik moet voorzichtig zijn.

– Ik heb enige training nodig voordat ik goed met de cobot kan samenwerken.

– Als ik de juiste aanwijzingen geef, dan doet de cobot wat ik wil en ben ik de baas.

– De cobot kan sommige taken beter dan ik, maar andere taken helemaal niet of minder goed.

Als cobots het gedrag vertonen dat bij deze metafoor past, maken deze aannames de samenwerking met cobots meteen begrijpelijker, en daardoor veiliger en effectiever.

Snuit

Deze metafoor is op verschillende manieren te activeren. Je kunt het uiterlijk van de cobot dierlijker maken door het gebruik van mimicry, het imiteren van dierlijke uiterlijke kenmerken en gedrag. De welbekende Handle-robot van Boston Dynamics doet bijvoorbeeld denken aan een grote loopvogel. Maar ook meer simpele ingrepen in het ontwerp van bekende cobots zouden hieraan kunnen bijdragen. Bijvoorbeeld door gebruik van een ‘snuit’ waarmee contact met de mens kan worden gezocht, door naar de mens toe te bewegen of te draaien. Ook kan de suggestie van gedeelde aandacht worden gewekt door de kijkrichting van de mens te volgen met de snuit van de cobot. Net als bij werkhonden kan de cobot een alerte houding aannemen als hij klaar is voor een volgende opdracht, door nabijheid te zoeken. En indien er hulp nodig is van de mens bij een taak die de cobot uitvoert, dan kan de cobot aandacht vragen door geluiden of beweging, net zoals werkhonden dat zouden doen. Belangrijk hierbij blijft dat vorm en gedrag de functie moeten volgen; het moet passend zijn bij de situatie en de eisen die aan de cobot worden gesteld.

Het menselijker maken van een cobot (zoals bij de Baxter van Rethink Robotics) is niet voldoende voor een goede samenwerking tussen mens en machine.

Door gebruik te maken van psychologische kennis over de manier waarop mensen gedrag van cobots interpreteren, en op basis daarvan ontwerpprincipes op te stellen, én door kennis over succesvolle samenwerking met werkdieren, kunnen we het ontwerp van cobots optimaliseren en daarmee een veilige en effectieve samenwerking bewerkstelligen.