Oorlog raakt ISS-robot met Delfts verleden: terugblik op bijzonder project

Als een gigantische rups kruipt hij over de buitenkant van het Internationale Ruimtestation (ISS). Met de 11 meter lange ruimterobot European Robotic Arm (ERA), die grotendeels in Nederland is ontwikkeld, kun je experimentele opstellingen verplaatsen, de staat van het ISS inspecteren en nog talloze andere ruimtekarweitjes verrichten.

In de zomer van 2021 kwam hij aan bij het ISS. Maar astronauten van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA hebben zoals het er nu naar uitziet een stuk minder aan de robot dan ze gehoopt hadden. Hij is aangesloten aan de Russische zijde van het station. En het botert niet meer zo tussen ESA en het Russische Roskosmos sinds Poetin Oekraïne de oorlog verklaarde.

Maar liefst 35 jaar duurde de ontwikkeling van de European Robotic Arm. “Over ERA kun je straks een dik boek schrijven met een dramatisch einde, als die zo kort voor de eindstreep alsnog sneuvelt”, tekende de Volkskrant eerder deze maand op uit de mond van astronaut André Kuipers.
 

Breedveld ontwikkelde onder meer chirurgisch instrumenten die zich als slangen om organen kronkelen en zich vervolgens splitsten waardoor ze diep in het lichaam veranderen in octopusachtige instrumenten. (Foto: Tomas van Dijk)

Ruimtevaartonderzoek als opstap voor biomedische avonturen

Als dat boek er komt, zou een hoofdstuk gewijd moeten worden aan het onderzoek van Paul Breedveld. De hoogleraar biomedical enigineering van de faculteit  Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen maakt al jaren furore met flexibele operatie-instrumenten voor minimaal-invasieve chirurgie. Maar zijn afstudeeronderzoek en zijn promotieonderzoek in de jaren negentig hadden niets met de medische wetenschap te maken. Breedveld werkte toen aan mens-machine interfaces voor de robotarm.

Voelt het een beetje als uw kindje dat als verschoppeling vastgeketend aan het ISS in de ruimte zweeft?
Lacht. “Nou nee. Ik heb de robot niet gemaakt. Ik heb alleen aan mens-machine interfaces gewerkt waarmee de arm makkelijk bestuurbaar wordt door een astronaut. Het voelt raar om daar vijfentwintig jaar later over te praten. Het is een apart verhaal. Toen ik promoveerde, stond die arm al in een grote hal bij Fokker Space & Systems in Leiden. Hij was volgens mij nagenoeg af en klaar om gelanceerd te worden. Maar dat gebeurde pas in 2021. Ze hebben waarschijnlijk in de tussentijd heel veel simulaties gedaan. Dus toen de robot vorig jaar uiteindelijk toch gelanceerd werd, heb ik dat met veel interesse gevolgd. Het is jammer dat de arm nu kennelijk al niet meer doet waarvoor hij is gemaakt.”

‘Ik heb een van de eerste echt ruimtelijke grafische displays ter wereld ontwikkeld’

Waar ging uw proefschrift over?
“Mijn project had te maken met de besturing van de arm met behulp van camerabeelden. Dat zijn natuurlijk platte beelden, terwijl je de arm ruimtelijk moet kunnen positioneren om dingen te pakken en verplaatsen. Het plan in die tijd was om de robotarm bovendien vanaf de aarde aan te sturen. Dan heb je, door de grote afstand, dus ook nog eens te maken met een paar seconden tijdsvertraging. Ik ben afgestudeerd, en daarna gepromoveerd, op een techniek om uit platte camerabeelden ruimtelijke informatie te halen en om te compenseren voor de tijdsvertraging. De informatie wordt vervolgens in een grafisch display gepresenteerd aan de astronaut die de arm bestuurt.
Het was een erg leuk onderzoek en ik ben daar aardig uitgekomen. Ik heb een van de eerste echt ruimtelijke grafische displays ter wereld ontwikkeld. We konden daarmee de arm veel beter aansturen (met minder botsingen) dan mogelijk was met de toen bestaande displays.”

Hoe heeft u dat aangepakt?
“Ik wilde een deel van het ruimtestation animeren. Het moest zeer realistisch ogen. In die digitale wereld moest je de robot realtime kunnen aansturen met een speciale joystick, een zogenaamde spaceball controller. Dat was in die tijd best pittig. Computer graphics stonden toen nog in de kinderschoenen. Ik heb gewerkt met een geavanceerde computer van de firma Silicon Graphics. Dat bedrijf bestaat niet meer, maar in die tijd boden hun computers de meest geavanceerde grafische mogelijkheden ter wereld. Het bedrijf animeerde een indrukwekkende scene in de eerste Jurassic Park-film: die beroemde scene waarin talloze struisvogelachtige dinosaurussen door een veld rennen.

“Ik heb voor mijn onderzoek zo’n grafische computer gekocht. Die was schreeuwend duur – zowat het hele budget van mijn promotieonderzoek ging eraan op. Ik moest er dus voor zorgen dat het meteen goed zou werken. Ik heb uiteindelijk de hele dynamica van de robot met zijn flexibele armen gesimuleerd en geanimeerd, met 23 graden van vrijheid, alle regelingen eromheen, inclusief een nauwkeurig wrijvingsmodel en een ruimtelijk grafisch display waarop de robot en het ruimtestation is te zien. En alles realtime.”

‘De ruimtevaart was me te conservatief’

Is dat besturingssysteem gebruikt door ESA?
“Nee, ik geloof van niet.”

Dat is zuur.
“Valt mee. Ik heb de opgedane kennis goed kunnen gebruiken in mijn latere werk in de medische hoek.”

Waarom heeft u de ruimtevaart vaarwel gezegd?
“In 1997 kreeg ik een aanbod om met medisch-technisch onderzoek verder te gaan. Het ging om soortgelijke probleemstellingen. Als je een endoscoop in een buik steekt, moet je die besturen aan de hand van camerabeelden. Je kampt met soortgelijke dieptewaarnemingsproblemen, en met oog-hand-coördinatieproblemen. Het is eigenlijk precies hetzelfde, behalve dan dat het zich niet ver weg in de buitenwereld van de kosmos afspeelt, maar in de binnenwereld van een patiënt. Dat trok me wel.

“De wereld van de ruimtevaart was me bovendien te conservatief. Dat die robotarm pas na 25 jaar is gelanceerd, illustreert dit wel. Elk land moet zijn zegje doen en een aandeel krijgen in het onderzoek. Daardoor verlopen veel ruimtevaartprojecten niet erg efficiënt. Ik was op zoek naar nieuwe avonturen. Er zitten overigens wel veel interessante facetten aan de robot. Denk behalve aan de aansturing aan de smering van de gewrichten. De tandwielen kunnen niet met olie gesmeerd zijn, want olie verdampt onmiddellijk in vacuüm. Daar hebben ze iets op moeten bedenken. Het is een bijzonder ding.”