Belgische Seafar voortrekker in autonome binnenvaart

Op onze waterlopen varen nu al onbemande en semi-onbemande vaartuigen.

In de industrie denken we weleens dat het tekort aan personeel iets is waar enkel wij mee geconfronteerd worden. Niets is minder waar, want ook de binnenvaart kampt met een schrijnend tekort aan scheepskapiteins en boordpersoneel. Daar komt bovenop dat er net een shift nodig is van weg- naar watertransport, wat het tekort nog nijpender maakt. De oplossing van het Belgische scheepsmanagementbedrijf Seafar inzake autonoom varen gooit nu wereldwijd hoge ogen.

Louis-Robert Cool is de drijvende kracht achter dit innoverende bedrijf. Hij is jurist van opleiding, dus een eerste vraag die zich opdringt is logisch: ‘Hoe komt iemand met zijn achtergrond in de binnenvaart terecht? Louis-Robert Cool: ‘Ik had altijd al een passie voor scheepvaart en technologie. Na mijn studies ging ik aan de slag bij een onderneming die algoritmes bouwt voor offshore navigatie, onder meer voor defensie en geografische toepassingen. Na die eerste ervaring ben ik op onderzoek getrokken in de civiele sector, de kust- en binnenvaart. Ik wilde meer bepaald uitzoeken of autonoom varen iets zou kunnen betekenen in die sectoren. Al snel hoorde ik de verzuchtingen uit de binnenvaart: het is heel moeilijk om mensen te vinden die nog willen varen op deze schepen. Wonen op een schip is al niet evident, maar ook de werkregimes zijn vaak moeilijk door de strakke tijdschema’s.’ ‘Tegelijkertijd gaat een andere evolutie compleet de andere kant uit: onze overheden willen het wegtransport verminderen ten voordele van de binnenvaart. Dat is expliciet zo vermeldt in de Green Deal en zie je ook weerspiegeld in grote infrastructuurprojecten zoals het Seine-Schelde project. Daarbij worden waterwegen bevaarbaar gemaakt voor schepen met tonnages tot 4.500 ton en 3 containerlagen.‘

Gelaagd systeem met drie pijlers

‘In 2018 zag ik kans om tegemoet te komen aan beide evoluties. Ik bracht enkele ingenieurs samen en we ontwikkelden een oplossing om schepen autonoom te laten varen. Er zijn hierbij drie belangrijke luiken.’

‘De eerste pijler is wat wij de ‘parallel bridge’ noemen, alles wat een kapitein op een schip ziet, hoort en voelt, kunnen wij capteren en visualiseren. De bestaande systemen worden dus dubbel uitgevoerd met dien verstande dat het tweede systeem - het Seafar Control System - zich aan wal bevindt.

We kunnen een schip helemaal overnemen, al zit er wel nog een ‘kill switch’ tussen beide systemen. Je kan de schepen met andere woorden nog perfect als vroeger inzetten, met een kapitein van vlees en bloed. Maar in principe is het mogelijk om vanaf de wal meerdere schepen tegelijk aan te sturen met één operator.’

‘Dat kan omdat we alle mogelijke data - sensormetingen, alarmen, waarschuwingen - afkomstig vanaf het schip kunnen visualiseren in ons controlecenter. De meeste moderne scheepsmotoren zijn voorzien van de gangbare communicatieprotocollen zoals Canbus. Als het een oudere motor betreft zonder deze communicatiemogelijkheden, dan zoeken we andere oplossingen. Zo kunnen we de motortemperatuur ook in de gaten houden via cameramonitoring. Geluiden uit de machinekamer kunnen we capteren en analyseren. Ook analoge signalen kunnen we probleemloos uitlezen en omzetten.’

‘Autonoom varen betekent overigens niet dat ze de hele tijd zonder enige menselijke tussenkomst opereren. Er is nog menselijke controle op afstand nodig op bepaalde punten. Het is wél zo dat we minder mankracht nodig hebben om de schepen te laten varen. We richten ons op één operator per drie schepen, al hangt het sterk af van de situatie. Bij vaarwegen met veel verkeer zoals het Albertkanaal zal dat eerder richting één op twee gaan. Hetzelfde geldt voor locaties waar veel pleziervaart is, zoals in de Westhoek. Daar heb je veel meer private aanmeerplaatsen en bovendien varen toerismevaartuigen vaak zonder AIS transponder (zie verder voor de betekenis van de afkortingen). Je kan ze dus moeilijker detecteren.’

‘Een tweede belangrijke pijler is de navigatie. Om dat in goede banen te leiden zijn er tientallen sensoren geïmplementeerd op en rond het schip: LIDAR, Radar, AIS, IMU, camera, GNSS,... zij zijn de ogen van het schip en geven niet alleen vitale informatie over de positie van het schip, maar ook over de locatie van de schepen of andere objecten in de buurt. Naast Radar doet ook LIDAR bij uw lezers wellicht een belletje rinkelen, want die technologie wordt ook ingezet bij AGV’s in de industrie. Het grote verschil tussen beide applicaties zit hem in de afstanden, die bij ons uiteraard een stuk langer zijn.’

‘Wij zetten LIDAR ook niet in voor objectdetectie, maar puur voor de afstandsmeting. We scannen de afstand tot oevers en andere vaste objecten en kunnen zo onze exacte locatie bepalen. Die positie vergelijken we met de andere locatiesystemen zoals de GPS positie. Daarnaast zetten we LIDAR ook in voor het zeer fijn manoeuvreren in besloten ruimtes, zoals in sluizen. Voor de objectdetectie doen we beroep op radar en camera.’

‘Een derde luik in het autonoom varen is de communicatie, waarbij we gebruik maken van 4G en 5G om de verbinding tussen het schip en het controlecentrum op te zetten. Ik hoef u niet te vertellen dat 5G hier van vitaal belang is omwille van de veiligheid. De verbinding tussen centrum en schip mag gewoon nooit wegvallen.’

Voor ombouw én nieuwbouw

Louis-Robert Cool: ‘De schepen die momenteel voorzien zijn van onze systemen, zijn bestaande schepen die we ombouwden. Momenteel varen er al meerdere (semi-) autonome schepen op onze waterwegen. In de Westhoek gaat het om 4 zogenaamde Watertrucks, dit zijn schepen van 38 meter lang die een vracht van 300 ton kunnen vervoeren. Deze types varen volledig autonoom. Ook op het Albertkanaal tussen Luik en Antwerpen varen ondertussen 2 schepen. Zij zijn 110 meter lang en beschikken nog over een crew, maar er is ook hier geen kapitein meer aan boord. De typische taken zoals het vastmaken in sluizen gebeurt op deze schepen door de nog aanwezige matrozen. Bij het eerste type schip voert een mobiele matroos deze taken uit voor meerdere schepen, waarbij hij telkens ook enkele onderhoudstaken uitvoert. Ook hier is het dus efficiënter, want één matroos kan meerdere schepen helpen. Daarnaast vaart er nog een schip op het Scheldetraject en eentje op het kanaal Leuven-Dijle. Ondertussen zijn we onder de vleugels van het Riverdrones project ook nieuwbouwschepen aan het bouwen. Het gaat hier om tien schepen van 106 meter lang. Op zich verschilt de propulsie of de algemene opbouw niet van die van een standaardschip.’ ‘Het ontbreken van een kapitein heeft hier het bijkomende voordeel dat er geen accommodatie meer nodig is voor de kapitein en de crew. Die vrijgekomen ruimte kan gebruikt worden om meer goederen aan boord te nemen. Ook daar boeken we een extra efficiëntiewinst dankzij technologie.’

Alle gecapteerde informatie wordt naar het Seafar Control System gestuurd, zo kan men vanaf de wal de schepen besturen. In het ideale geval kan één operator 3 schepen tegelijk monitoren.

De impact van het traject op de werking

Is een relatief recht kanaal makkelijker bevaarbaar dan een bochtige rivier? Louis-Robert Cool: ‘De gekozen trajecten en

ingezette schepen zijn zeer divers. Dat is bewust. We hadden vooraf enkele voorwaarden opgelijst waar we zeker aan wilden voldoen. Een belangrijke vereiste was dat er aan de waterweg zelf geen veranderingen nodig mochten zijn. Ons systeem moest zo gebouwd worden dat het op eender welke waterweg meteen moet kunnen varen. We wilden dus geen geleidingssysteem via zaken die op de wal moet worden aangebracht.’

‘Het is wel zo dat we momenteel opteren voor vaste trajecten, maar dat is vooral omwille van operationele redenen. Dat maakt het voor ons makkelijker om autonomie te creëren: 50% van de tijd kunnen ze zo autonoom varen, puur op de input vanuit het schip en de verwerking van de data in het controlecentrum. Een typische situatie waarin er menselijke bijstand vereist is, is het doorvaren onder een brug. Het schip nadert en detecteert het obstakel en neemt vervolgens zelf automatisch contact op met de kapitein. Die neemt de besturing even over en na het passeren van de brug geeft hij de besturing terug aan de traffic controller. Die zal vervolgens het schip weer in autonome modus plaatsen.’

Dergelijk systeem opbouwen vanaf nul, zijn er onverwachte hinderpalen opgedoken?

Louis-Robert Cool: ‘Dat klopt. Ons prototype lijkt in niks meer op de versies die nu actief zijn. Zo zijn de communicatie en de implementatie van autonomie twee moeilijke punten geweest. In het geval van communicatie was het vooral zaak om ook in afgelegen gebieden de communicatie te garanderen. Ook de prestaties van sensoren hebben we in het begin overschat. Zo dachten we dat het met LIDAR ook mogelijk zijn om de diepgang van een schip te meten. Helaas bleek de combinatie van LIDAR en water geen geslaagd huwelijk op dat vlak, om het nog eufemistisch uit te drukken. Het was dus even zoeken om dat allemaal op te lossen. De keuze om meteen onze oplossing operationeel te testen op het schip De Tuimelaar in het Doeldok, heeft ons zeer waardevolle informatie opgeleverd. Dat was een stevige hulp om de hinderpalen weg te werken.’

www.seafar.eu

Louis-Robert Cool, CEO van Seafar.

GEBRUIKTE AFKORTINGEN

LIDAR of Light Detection And Ranging of Laser Imaging Detection And Ranging) is een technologie die de afstand tot een object of oppervlak bepaalt door middel van het gebruik van laserpulsen. Een signaal wordt uitgezonden en zal enige tijd later door reflectie weer worden opgevangen. De afstand tot het object of oppervlak wordt bepaald door de tijd te meten die verstrijkt tussen het uitzenden van een puls en het opvangen van een reflectie van die puls. Het verschil met radar is dat LIDAR gebruikmaakt van laserlicht terwijl radar gebruikmaakt van radiogolven.

AIS of Automatic Identification System is een sinds 2003 actief systeem gebaseerd op transponder-technologie waarmee de veiligheid van scheepvaart op zeeën en het binnenwater verhoogd wordt. De transponder verstuurt informatie naar de wal en andere schepen, die zo exact kunnen reageren op bewegingen van anderen. Op het binnenwater wordt inlandAIS gebruikt en is het een aanvulling op het bestaande verkeersmanagement van verkeersposten.

IMU staat voor Inertia Measurement Unit. Hiermee worden de specifieke kracht, de hoeksnelheid en soms de oriëntatie van een lichaam gemeten, waarbij gebruik gemaakt wordt van een combinatie van versnellingsmeters, gyroscopen en soms magnetometers. IMU’s worden gewoonlijk gebruikt voor het manoeuvreren van vliegtuigen, drones en satellieten.

GNSS (Global Navigation Satellite System) is een vorm van radionavigatie waarbij gebruik wordt gemaakt van satellieten. In de jaren zestig werd het eerste satellietnavigatiesysteem ontwikkeld, Transit, een systeem van de Amerikaans marine, waarmee schepen wereldwijd, onafhankelijk van weersomstandigheden, hun plaats konden bepalen. Tegenwoordig zijn er meer systemen, waaronder het bekende GPS (VS) en diens Europese tegenhanger Galileo (EU).

BOSCH REXROTH ACADEMY BREIDT TRAININGSAANBOD UIT MET MOBIELE HYDRAULIEK EN CTRLX AUTOMATION

Snelle nieuwe en verdere ontwikkelingen van aandrijf- en besturingssystemen en hun componenten vragen om mensen die op de hoogte zijn van de allerlaatste stand van de techniek.

De Bosch Rexroth Academy maakt unieke kennis bereikbaar met op maat gemaakte opleidingen en trainingen met praktijkgerichte vakkennis op het gebied van hydrauliek, pneumatiek, elektrische aandrijf- en besturingstechniek, mechatronica en veiligheidstechniek. Er is ook een uitgebreid aanbod van eLearning trainingen.

Vanaf dit jaar zijn er drie nieuwe trainingen toegevoegd aan het trainingsaanbod: • Basistraining Mobiele Hydrauliek • ctrlX DRIVE – het compacte aandrijfsysteem • ctrlX CORE – inbedrijfstelling en projectplanning

De basistraining Mobiele Hydrauliek stapt in de wereld van mobiele hydrauliek met pompen, motoren, ventielen en elektronica. Tevens komt het lezen van een hydraulisch schema aan bod en gaat de training in op de functie en werking van mobiele hydraulische componenten.

De ctrlX DRIVE training geeft inzicht in het meest compacte aandrijfsysteem ter wereld: ctrlX AUTOMATION. De training laat zien hoe dit systeem gebruikt kan worden in bijna onbeperkte combinatiemogelijkheden en hoe de compacte en modulaire servomotoren perfecte teamspelers zijn in het ctrlX portfolio. Aanvullend geeft de ctrlX CORE training waardevolle achtergrondkennis en alles over het in bedrijf stellen en configureren van de ctrlX CORE – het ultra-compacte control systeem voor automation. Bezoek de website voor een volledig overzicht van alle trainingen.

https://www.boschrexroth.com/nl/be/academy/training/

STEL U KANDIDAAT VOOR DE AUTOMATION MAGAZINE AWARD 2022

Welke persoon, organisatie of bedrijf stapt in de schoenen van wetenschapsjournalist Lieven Scheire, techdesigner Jasna Rokegem en Robotland-ondernemer Luc Van Thillo? Zij wonnen respectievelijk in 2019, 2020 en 2021 de Automation Magazine Award.

Heeft u, uw organisatie, uw kennisinstelling of uw bedrijf zich recent verdienstelijk gemaakt op het gebied van hydraulica, pneumatica, aandrijftechnieken en/of industriële automatisering?

De vzw InduMotion is de beroepsfederatie voor bedrijven gespecialiseerd in industriële automatisering en aandrijftechnieken (elektrisch, hydraulisch, mechanisch en pneumatisch), die als producent, officiële invoerder of verdeler op de Belgische markt actief zijn. InduMotion is ook de uitgever van Automation Magazine en organiseert jaarlijks de Automation Magazine Award.

Door ons een e-mail te sturen, kan u nu deelnemen aan de editie 2022 van de Automation Magazine Award. Naast een originele robottrofee ontvangt de winnaar een diner voor twee personen in een sterrenrestaurant, inclusief vervoer. Het is de redactieraad van dit vakblad die de winnaar zal selecteren. De prijsuitreiking gaat door op de jaarlijkse Automation Magazine Day, een event uitsluitend toegankelijk voor de leden van InduMotion vzw.

Uw kandidatuur stellen voor de Automation Magazine Award kan via gerda.vankeer@indumotion.be en is mogelijk tot 1 augustus 2022. Er zijn geen verdere formaliteiten vereist.

www.indumotion.be

Wetenschapsjournalist Lieven Scheire (foto r.) won de Automation Magazine Award in 2019.

DOOR IGLIDUR GLIJLAGERS BEWEEGT DE “SOLARIS” MAKKELIJK OVER HET WATER

Smeermiddelvrije igus polymeer lagers ondersteunen het stuursysteem van de ‘solar’ boot en zijn onderhoudsvrij.

Een team van Poolse studenten in Wrocław is bezig met het ontwikkelen van het transport van de toekomst. De autonome speedboot genaamd Solaris wordt uitsluitend via zonne-energie aangedreven. Om ervoor te zorgen dat de boot gemakkelijk en onderhoudsvrij over rivieren en meren kan varen, vertrouwen de jonge ingenieurs op igus glijlagers gemaakt van het hoogwaardige polymeer iglidur J in het stuursysteem. De lagers bieden de noodzakelijke stabiliteit, reduceren het gewicht van de boot en waarborgen een smeermiddelvrij gebruik.

Er is een grotere vraag dan ooit naar ecologische vervoersmiddelen met lage gebruikskosten en een hoge mate van efficiency. Een team van studenten in de Poolse stad Wrocław, de stad van de honderd bruggen, heeft nu een speedboot ontwikkeld die middels zonne-energie wordt aangedreven. Het Solaris I project wordt geïmplementeerd door het PWR Solar Boat Team onder toezicht van de faculteit Machinebouw en Energietechniek. De jonge ingenieurs vertrouwen op fotovoltaïsche cellen om voor een milieuvriendelijke aandrijving te zorgen.

Het project omvat de ontwikkeling, bouw en implementatie van de boot. Eén belangrijk deel hiervan is het gecomputeriseerde stuursysteem en verbetering van de beweging van de boot, soortgelijk aan het fly-by-wire systeem dat in de luchtvaart wordt gebruikt. De ontwerpingenieurs waren op zoek naar glijlagers voor dit systeem. Deze moesten smeermiddelvrij zijn, bestand tegen zeewater, mechanisch robuust en gemakkelijk te assembleren. De oplossing: iglidur glijlagers van igus.

Cruisen over het water zonder smeermiddelen

De dubbele flenslagers gemaakt van hoogwaardig iglidur J polymeer worden toegepast in het stuursysteem van het stuurjuk. ‘igus lagers waarborgen een lange levensduur. Ze reduceren het totaalgewicht van het systeem, elimineren smeermiddelen en kunnen gemakkelijk worden geïnstalleerd’, aldus Dominika Dewor van het PWR solar boat team. Het project van het team werd gesponsord door het igus young engineers support (yes) programma. Dit universiteitsinitiatief ondersteunt projecten van scholen en universiteiten met gratis monsters, sponsoring en advies.

www.igus.be