‘Smart’ drone systeem wint Defensie Innovatie Competitie

Onder de naam SkyHive schreef de Delftse start-up Tective Robotics haar slimme dronesysteem in voor de Defensie Innovatie Competitie 2019 en won. Defensie was onder de indruk van de manier waarop het jonge bedrijf zich had ingeleefd in de eindgebruiker en natuurlijk in de oplossing waarmee militairen in het veld veiliger en eenvoudiger vijanden kunnen herkennen en informatie verzamelen. Met de prijs van 200.000 euro wordt de komende twee jaar een demonstrator gebouwd en getest.

Met het thema ‘Smart Robotics’ bood de defensie Innovatie Competitie 2019 (DIC, zie kader) het mkb de mogelijkheid om met nieuwe ideeën te komen voor ‘Red Force tracking’ (1) of misleiding (2). Red force tracking heeft betrekking op het lokaliseren, identificeren en volgen van de tegenstander; de Red Forces. Normaliter een gevaarlijke taak voor militairen wanneer zij zich in onbekend, gevaarlijk gebied bevinden en onder ­extreme omstandigheden moeten werken. Door toepassing van Smart Robotics is deze taak wellicht efficiënter maar vooral veiliger te vervullen. Bij het subthema misleiding wil defensie Smart Robotics inzetten om de tegenstander te dwingen zijn mensen en middelen te spreiden, waardoor hij wordt afgeleid van zijn eigen missie. Hetzij door misleiding of mogelijk verrassingseffecten.

drone1

Het thema is indertijd geopperd door luitenant-kolonel Martijn Hädicke met staf CLAS afdeling Strategie en Plannen luitenant-kolonel Sjoerd ­Mevissen. Lkol Martijn Hädicke leidt samen met Lkol Juliën den Ouden de eenheid Robots and Autonomous Systems (RAS) en is dan ook gevraagd mee te denken bij het opstellen van de leidraad voor de DIC 2019 en het bepalen van de vraagstelling en context. Hij geeft aan: “Hiermee vergroten we de kans dat ingediende ideeën passen binnen een bestaande ­eenheid van in dit geval de landmacht. Ons team bestaat uit 17 mensen die onderzoeken welke bestaande robots en autonome systemen de krijgsmacht mogelijk kunnen ondersteunen bij het uitvoeren van zijn ­taken of welke ontwikkelingen of aanpassingen hiervoor eventueel nog nodig zijn. Hierbij werken we nauw samen met de drie technische universiteiten, onderzoeksinstellingen als TNO en verschillende bedrijven.

De ideeën die binnen de DIC 2019 worden ingediend, kunnen een mooie aanvulling zijn op het advies dat we eind 2020 uitbrengen aan de top van de landmacht over de mogelijkheden van RAS voor defensie.”

Tective Robots wint met SkyHive

Uit de bijna 15 inzendingen zijn door een jury vijf ideeën geselecteerd waaruit uiteindelijk drie finalisten zijn gekozen. De winnaar werd uiteindelijk de start-up Tective Robots uit Delft met SkyHive. De twee ingenieurs Jeffrey Miog en Mattijs Otten van de TU Delft - afgestudeerd aan respectievelijk de faculteiten Elektrotechniek en Industrieel Ontwerpen - ontwikkelden een systeem dat drie tot maximaal tien drones kan lanceren en vervolgens weer ontvangen. De drones zijn voorzien van sensoren die gezamenlijk een ‘self deploying sensor network’ - SDSN of ook wel swarm genoemd - vormen. Hierbij rollen de sensoren zich autonoom uit over een bepaald gebied, vormen zelfstandig een communicatienetwerk en zijn vervolgens in staat vijanden te herkennen en informatie over de plaatselijke situatie door te spelen. Daarbij geven ze niet alleen uitsluitend data door, maar ook (smart) informatie die de menselijke ontvanger uiteindelijk kan beoordelen en gebruiken voor het nemen van beslissingen.

Opbouw SkyHive

Voor de realisatie van een SDSN is een robuust en autonoom platform nodig dat samenwerkt met een deployer - schaalbare opslag en oplaadstation, een netwerk voor de benodigde communicatie- en lokalisatiestructuur en een set algoritmes dat het autonome gedrag van de zwerm op lokaal en globaal niveau bepaalt. SkyHive bestaat dan ook uit drie subsystemen, die aansluiten op de ontwikkeling van een toekomstige SDSN:

  • Platform: Apex, een serieproduceerbare quadcopter die in samenwerking met defensie wordt ontwikkeld. Deze quadcopter is geschikt om tot maximaal 5 kilometer verkenningsmissies uit te voeren met een daglicht en infrarood camera. De Apex wordt ontworpen om autonoom opladen mogelijk te maken.
  • Deployer: de Hive is een autonome deployer waarin 10 Apex drones kunnen landen, opladen en weer opstijgen. De Hive is door militairen als rugzak te dragen maar tevens op een voertuig zoals de Fennek, Boxer of Milrem te bevestigen.
  • Netwerk: voor het netwerk koos het bedrijf voor LinkNet. Een meshed netwerk dat via maximaal drie Apex-drones live videobeelden kan doorsturen en zo het grondstation vanaf het front via tussenliggende Apex-drones van informatie voorzien. Deze opzet maakt het mogelijk om dichter in de buurt van de vijand te komen zonder signaalverlies.

drone2

Jeffrey Miog: “Het inzetten van een self deploying sensor netwerk met behulp van zwermtechnologie biedt onderscheidende voordelen. Een  zwerm is inherent robuust, omdat er geen single point of failure is; ­wanneer dus een drone uitvalt, blijft het systeem als zodanig gewoon doorwerken met dezelfde betrouwbaarheid. Verder kan een zwerm ­zonder externe communicatie infrastructuur opereren, omdat de communicatie tussen individuen plaatsvindt en hiermee het netwerk wordt ­opgebouwd. Dit maakt de zwerm flexibel inzetbaar in omgevingen waar geen line of sight mogelijk is vanaf een commandopost, of waar geen bestaande infrastructuur te vinden is. Tot slot kan een zwerm gebruik­maken van de kennis van het gehele netwerk. Wanneer slechts een van de deelnemers zijn eigen locatie weet, dan kan de rest van de zwerm relatief vanaf dit punt zijn eigen locatie ook berekenen via onderlinge ­triangulatie.”

Demonstrator bouwen

Naast het feit dat deze technische oplossing de jury aansprak qua functionaliteit en inzetbaarheid op korte termijn, werd ook de waardering ­uitgesproken voor de wijze waarop het team zich maximaal had ingeleefd in de eindgebruiker. Mattijs Otten: “Voor ons eigenlijk niet bijzonder. Vanuit de opleiding Industrieel Ontwerpen is dit altijd de kern geweest; richt je op de gebruiker en de oplossing; de techniek volgt. En dat is zéker bij defensie een aandachtspunt, aangezien deze organisatie opereert in een unieke context met unieke eisen. Wel heel leuk dat dit is opgevallen bij de jury. Verder waren we écht blij met het winnen van de DIC. Het is natuurlijk ten eerste een erkenning voor hetgeen je binnen je bedrijf doet. Maatschappelijk relevant genoeg en met voldoende technisch potentieel. Het stelt ons echter ook in staat deze technologie door te ontwikkelen en ­later ook op andere plekken toe te passen; bijvoorbeeld bij de politie en brandweer of wellicht door dijkinspecteurs.” 

Senior Stafofficier Kennis en Innovatie (maritiem) en medeorganisator ­kapitein-luitenant ter zee Harry Lijzenga besluit: “Om de SkyHive straks echt te kunnen gebruiken, heeft Tective Robots een bedrag van 200.000 euro gewonnen waarmee de komende twee jaar een demonstrator zal worden gebouwd en getest. Hierin zullen de RAS-teamleden de rol van gebruiker op zich nemen. Echt een prima inzending waarmee defensie verder kan!“

Innoseis - Red Force Tracking

Een tweede genomineerde was het bedrijf Innoseis - een spin-off bedrijf van Nikhef, het Nederlandse instituut voor subatomaire ­fysica. Dit bedrijf ontwikkelde een seismische sensortechnologie die onshore exploratie van energiebronnen efficiënter maakt. Door de combinatie van slimme elektronica en software algoritmen is het energieverbruik van de sensoren relatief laag met behoud van de signaalkwaliteit.

red force

In het kader van Red Force tracking is het idee van dit bedrijf om de kleine, gevoelige trillingsensoren middels een bestaande robot - zoals de Milrem die binnen RAS wordt getest - in het veld te plaatsen. Met de gemeten trillingen zijn uiteindelijk voetstappen en voertuigen of eventueel zelfs een helikopter te herkennen en de locatie of bewegingsrichting ervan te bepalen. De autonome ­sensoren communiceren onderling met gateways via een ­draadloze verbinding en versturen hun gegevens naar de robot die de sensoren in eerste instantie ook plaatst.

Deze robot bevindt zich op een beschutte locatie binnen het bereik van de sensoren en fungeert hier als communicatiehub richting de militaire basis. Hiervoor is hij uitgerust met een gateway voor de sensoren en realiseert een verbinding op basis van standaard beschikbare technologieën zoals IP-radio’s of een satellietverbinding. Wanneer in de hub al een gedeelte van de ontvangen data wordt omgezet in informatie, bijvoorbeeld door de data te combineren met AI en patroonherkenning, is lokaal mogelijk al te bepalen wat er wordt geobserveerd. Daarnaast is de oplossing te gebruiken voor het beveiligen van een compound of het bepalen van een vijandelijke afvuurpositie.

Eyeplane en Offroad apps: Red Force Scanner

Eveneens in het kader van ‘Red Force’ ontwikkelde de derde genomineerde - een samenwerking tussen Eyeplane en Offroad apps - de ‘Red Force Scanner’. Het uitgangspunt voor deze ontwikkeling is het besef dat de huidige UAV’s (Unmanned Aerial Vehicles) voor verkenning en surveillance relatief duur zijn en dat de gegevens alleen door mensen - na lange tijd kijken - zijn te beoordelen en (mondeling) over te dragen met een reële kans op fouten.

kader 2

De ingediende oplossing maakt gebruik van een relatief goedkope drone die een groot gebied kan scannen op aanwezigheid van mensen of voertuigen. Een betrouwbare herkenning van juist deze elementen is mogelijk door gebruik te maken van algoritmes voor automatische beeldherkenning en AI. Hiermee hebben de partners al ruime ervaring opgedaan in het kader van lokalisering en identificatie van dieren in uitgestrekte gebieden. De gegevens worden via zowel een desktop als mobiele applicatie gedeeld, waardoor zowel de operator als de commandant zo snel mogelijk inzicht hebben. Door analyse met behulp van AI is een waarschuwing automatisch te genereren bij detectie van mogelijk vijandelijke troepen inclusief locatiebepaling. Digitale data worden hierbij omgezet naar visuele informatie, wat de mogelijkheid biedt live mee te kijken en te communiceren met troepen in het veld.

Defensie Innovatie Competitie

De Defensie Innovatie Competitie - kortweg DIC - is voor de eerste keer georganiseerd in 2009 en sindsdien een jaarlijks terugkerend element. Met deze landelijke innovatiewedstrijd daagt defensie start-ups en het midden- en kleinbedrijf uit om nieuwe ideeën te lanceren waarmee militairen veiliger of efficiënter kunnen optreden. Hierbij snijdt het mes aan twee kanten. Enerzijds helpt de competitie defensie bij het vinden van oplossingen voor defensiespecifieke vraagstukken, anderzijds is het voor het mkb de uitgelezen kans om kennis te maken met de krijgsmacht. In een reguliere setting is het voor het mkb namelijk niet heel eenvoudig om een vruchtbare samenwerking aan te gaan. Wie de DIC wint, krijgt ­echter niet alleen 200.000 euro om het idee verder uit te werken, maar is tevens verzekerd van de bijbehorende aanbesteding.

Harry Lijzenga: “Sinds 2009 hebben we gemiddeld zo’n 15 tot 20 inzendingen. Om bedrijven te informeren, organiseren we onder meer een dag op de Kromhout kazerne in Utrecht om alles over deze competitie uit te leggen en vragen te beantwoorden. Verder zijn op de website van defensie verschillende documenten te vinden die deelnemers meer informatie geven. Binnenkort kunnen start-ups en mkb-bedrijven hier terecht voor de specifieke vraagstellingen binnen het thema ‘Smart Medics’. Wie op de hoogte ­gehouden wil worden van de eerste mogelijkheden om in te schrijven, kan mij een mail sturen via HT.Lijzenga.01@mindef.nl.

Ing. M. de Wit-Blok