Stel je een robot voor die op afstand wordt bestuurd door een lichtstraal. Dat is precies wat onderzoekers van de TU Delft momenteel ontwikkelen. Maar wat is het doel van zo’n toepassing? En wat heeft de toekomstige samenleving aan deze technologie?
De wereld digitaliseert in hoog tempo. We kampen nu al met een gebrek aan technisch opgeleide en vaardige werknemers. Om de kloof tussen vraag en aanbod te verkleinen, moeten we nu al kinderen warm maken voor een technische opleiding. En wat is een betere manier dan jongeren vragen hoe wij technologie aantrekkelijk en begrijpelijk kunnen maken? Marco Zuniga, universitair hoofddocent aan de TU Delft, kwam samen met twee van zijn promovendi, Miguel Chavez en Talia Xu, op het idee Peruaanse studenten aan te trekken om aansprekende oplossingen te bedenken om de belangstelling van kinderen voor draadloze communicatietechnologieën te wekken. Omdat hij zelf uit Peru komt, leek hem dat dit in verschillende opzichten een geweldige kans. Via een onderwijsprogramma met de naam RePu kunnen studenten ervaring opdoen in wetenschappelijke laboratoria in Peru en daarbuiten.
Uit de 500 aanmeldingen werden in totaal zestien veelbelovende studenten geselecteerd voor verschillende opdrachten aan universiteiten in heel Europa. De TU Delft selecteerde twee getalenteerde en enthousiaste studenten: Kiara Micaela Rodriguez Bautista (23) en Daniel Tomas Menacho Ordoñez (24). Marco legt de context van hun opdracht uit: “Begin van het jaar 2000 was slechts 5% van de wereldbevolking aangesloten op internet en gebruikten we kabels. Tegenwoordig is meer dan 60% verbonden via voornamelijk draadloze technologieën. Draadloze communicatie is een fundamentele pijler van moderne samenlevingen en in de afgelopen eeuw was het grootste deel van onze draadloze communicatie gebaseerd op radiogolven: mobiele netwerken, WiFi, BLE, LoRa, noem maar op. Deze technologieën zijn waardevol, maar het radiospectrum raakt overbelast omdat het ons enige communicatiemiddel is. Vergelijk het met één overvolle rijbaan op de snelweg. Natuurkundig gezien zijn radiogolven en lichtgolven vergelijkbaar. Dit betekent dat we ook lichtgolven kunnen gebruiken voor draadloze communicatie, wat goed uitkomt, omdat het een volledig beschikbaar spectrum is. We kunnen dus een brede, lege rijbaan toevoegen parallel aan de smallere en overvolle radiosnelweg”.
Lichtgolven
Mensen kunnen geen radiogolven zien, maar wel lichtgolven. Dus bedacht Marco’s team: als we kinderen willen leren hoe draadloze communicatie werkt en hoe we licht kunnen gebruiken in aanvulling op radiotechnologie, kunnen we zo letterlijk laten zien hoe we met lichtstralen communiceren. “Vanuit de gedachte dat je met een zaklamp met iemand anders kunt communiceren – vergelijkbaar met ’s nachts Morse code verzenden – wilden we uitleggen hoe hetzelfde principe geldt als je gegevens met licht overbrengt. Denk aan video’s, audio of tekst. Wij denken dat het zien van de draadloze verbinding door middel van licht het voor kinderen makkelijker maakt om te leren, in tegenstelling tot onzichtbare radioverbindingen.” Daniel en Kiara kregen dus de opdracht om iets te ontwikkelen dat aantrekkelijk is voor jongeren, met een afstandbediening die met licht werkt. “Ik wist niets over licht of hoe ik kinderen over licht moest vertellen. Dus moest ik denken aan de film over Iron Man“, zegt Daniel, verwijzend naar de beroemde superheld. “Hij heeft het licht in zijn hand. Dat is iets wat kinderen leuk vinden en herkennen. Ze voelen zich onmiddellijk verbonden met deze technologie. En ze kunnen een robot besturen, wat de ervaring interactief maakt. Ik heb geprobeerd verschillende 3D afstandbedieningen te ontwerpen. En ik vond dat we een deel van de arm moesten inzetten, in plaats van iets dat je vasthoudt. Mijn eerste prototype-ontwerp is een soort koker om je arm en die heb ik 3D-geprint.”
Het maken van het juiste elektronische ontwerp was een hele uitdaging voor zowel Daniel als Kiara. Er moeten veel componenten en draden in het kastje passen, terwijl je het tegelijkertijd zo compact en licht mogelijk wilt houden. Daarnaast moet de constructie robuust genoeg zijn om elektrische ontlading te voorkomen. Kiara legt uit wat ze hebben gedaan: “De draden moesten allemaal aangesloten zijn, en alle onderdelen moesten in het kastje passen. Ik moest nog veel leren over hoe je zoiets ontwerpt. Gelukkig kreeg ik hulp van een paar promovendi bij het ontwerpproces en de printplaat die we gebruikten. Dus onze eerste focus was om alles werkend te krijgen”. Kiara geeft een demonstratie met de robot, die onmiddellijk op haar opdrachten reageert. Ze tilt haar arm op en licht toe dat de huls op dit moment nog te groot en te zwaar is voor kinderen. “Hij is geschikt voor een volwassene, maar nog wat te groot om echt aantrekkelijk te zijn. De volgende uitdaging is om hem compacter te maken. Helaas gaan Daniel en ik binnenkort terug naar Peru, maar we gaan zeker door met het verder ontwikkelen van het prototype.”
Grote prestatie
De opdracht van drie maanden loopt ten einde. Marco, Miguel en Talia zijn erg trots op Daniel en Kiara: “Ze hebben een geweldige prestatie geleverd. In zeer korte tijd hebben ze een origineel, werkend prototype gemaakt met veel potentie. Ik ben erg blij met het resultaat. Ze hebben echt een geweldige prestatie geleverd. Ik vind het belangrijk om veel studenten uit de hele wereld de kans te geven om vaardigheden te leren, andere mensen uit verschillende culturen te ontmoeten en als persoon te groeien.” Kiara is het daar volledig mee eens. “Als je geselecteerd wordt, is dat supergaaf. Ik heb zo veel geleerd! Niet alleen technische dingen, maar ook over processen en samenwerken. Ik heb veel ervaring opgedaan en hoop andere studenten uit mijn woonplaats Puno te inspireren.” “Dat geldt ook voor mij”, bevestigt Daniel. “Mijn droom is om onderzoeker te worden. Dit was zelfs de tweede keer dat ik me voor dit programma had aangemeld. De eerste keer kwam ik door alle rondes, maar de laatste haalde ik helaas niet. Ik heb het nog eens geprobeerd, want ik wil informatica studeren en daarop promoveren. Ik geniet nu van mijn tijd in Nederland en ben nog meer vastberaden om in dit vakgebied verder te gaan. Helaas vertrek ik binnenkort, maar ik ga me weer opgeven voor een andere stage. Ik kom uit een klein stadje in de jungle, Tingo Maria. Ik wil andere Peruaanse studenten aanmoedigen om elke kans aan te grijpen om hun dromen te volgen!”
De volgende stap
Vooruitkijkend denkt Marco al na over de volgende stap in het op Iron Man geïnspireerde project: “We zijn al halverwege, denk ik. Het is nu aan het volgende team om dit eerste model te verbeteren, zowel de robot als de afstandbediening. Zo kregen we feedack vankinderen dat de reactiesnelheid van de robot sneller en dat zijn uiterlijk nog wat aangepast kan worden voor meisjes. Uiteindelijk willen we concrete modules voor het onderwijs ontwikkelen en op lokale scholen deze technologie demonstreren. Al ons werk is Open Science. We willen het publiceren, zodat elke school, waar ook ter wereld, hiervan kan profiteren. Dus niet alleen in de bevoorrechte landen met veel voorzieningen en middelen. Zo willen we kinderen helpen om termen als 5G of 6G beter te begrijpen. Toen we dit platform recent presenteerden op het Science is Wonderful-evenement in Brussel, gaf het veel voldoening om zo veel enthousiaste kinderen met blije gezichten te zien. Dit gevoel willen we internationaal opwekken bij andere kinderen. Wetenschap is heel cool, we moeten het alleen beter overbrengen.”
Ondersteuners
Marco bedankt alle ondersteuners van het onderzoek van Daniel en Kiara: