Intreerede Rudy Negenborn: Als schepen konden praten

Wereldwijd neemt de transportbehoefte almaar toe. De Rotterdamse haven kan de grootste containerschepen ter wereld aan, maar het verwerken van de duizenden containers die zo’n schip vervoert, veroorzaakt files op water, weg en spoor. Als schepen en andere transportsystemen onderling informatie uitwisselen, kan de infrastructuur veel efficiënter en duurzamer gebruikt worden. Dat zegt Rudy Negenborn, hoogleraar Multi-Machine Operations & Logistics, die op 15 maart 2019 zijn intreerede houdt aan de TU Delft.

“Onze transporteisen nemen dus steeds verder toe: steeds meer lading moet op tijd, tegen de laagste kosten en met zo min mogelijk CO₂-uitstoot op de plaats van bestemming komen”, zegt professor Rudy Negenborn. In de haven zelf is het snel laden en lossen van containerkolossen essentieel, want stilliggen kost veel geld, maar ook het verdere vervoer van de lading kent de nodige bottlenecks. “Binnenvaartschippers moeten wachten tot de grote containerschepen zijn uitgeladen, op het spoor ontstaan knelpunten waar treinen niet verder kunnen en met de files op de weg hebben we allemaal te maken.” Meer onderlinge informatie-uitwisseling tussen de verschillende systemen in haven en transport zou daar een einde aan kunnen maken. “Er is nu nog heel veel menselijke interactie, meestal telefonisch. Als je dat aan de systemen zelf overlaat, kan dat veel efficiënter. Plannen over bijvoorbeeld welk schip waar moet aanmeren kunnen dan veel makkelijker op elkaar afgestemd worden, vooral wanneer er onverwachte verstoringen optreden.

Multi-machine systemen

Ontwikkelingen als de toenemende rekenkracht en onderlinge communicatiemogelijkheden van computers maken straks real-time logistiek mogelijk. “Via sensoren, die steeds goedkoper en kleiner worden, halen computers zelf informatie uit de werkelijke wereld, en met behulp van actuatoren kunnen ze vervolgens ook actie ondernemen, zonder tussenkomst van de mens. Als zulke machines met elkaar communiceren en samen taken gaan uitvoeren, noemen we dat multi-machine systemen”, zegt Negenborn. We kennen al geautomatiseerd assemblagesystemen in de productiesector, en ook containerterminals zijn vaak grotendeels geautomatiseerd. Toch gaat dat nog niet ver genoeg: “Vaak communiceren de individuele onderdelen in zulke systemen nog niet actief met elkaar. Ik onderzoek de voordelen die het kan bieden als ze dat op een grotere schaal wel gaan doen.”

Voorspellend regelen

Negenborn ontwikkelt daarvoor wiskundige modellen om logistiek voorspellend te kunnen regelen. “Met behulp van wiskundige modellen en data proberen we te berekenen hoe de toekomst eruit gaat zien. Denk aan een model van de haven van Rotterdam, waarin we simuleren hoe de schepen de onbemande karretjes en de robots in de terminal zich gedragen. Hoe kunnen we dan in de ideale toekomstsituatie uitkomen? Dat willen we automatisch kunnen voorspellen op een schaal van uren, minuten, seconden; real-time dus.”
Zo’n voorspellend model van de haven moet vervolgens coördineren met andere systemen: “Hoe dicht de een bij de ideaalsituatie uitkomt, hangt mede af van wat andere in de omgeving doen.” Op basis van een onderhandeling tussen systemen kun je dan bijvoorbeeld uitkomen op een exacte tijd waarop een containerschip in de haven moet arriveren om gelijk gelost te kunnen worden. Het schip kan daar vervolgens de snelheid op aanpassen en op die manier brandstof en emissies besparen.

Autonoom varen

Autonoom varen maakt eveneens deel uit van het onderzoek. Zo werkt Negenborn mee aan de ontwikkeling van een vloot van modulaire autonome vaartuigen die binnen de haven flexibel kleine hoeveelheden containers kunnen gaan vervoeren, vergelijkbaar met de karretjes die in de terminal rijden. Negenborn: “Op het water is nog aardig wat ruimte, zeker in vergelijking met de weg. Een deel van het probleem op het land en op andere plekken in de haven kun je oplossen door efficiënter gebruik te maken van het water, bijvoorbeeld door individuele containers op deze manier te vervoeren.” Ook van de verdergaande autonomie van grotere schepen zijn de verwachtingen hoog. Efficiëntere vaarprofielen bijvoorbeeld moeten transport over water duurzamer maken, maar ook een dreigend tekort aan bemanning kan verholpen worden. “Op veel schepen zitten nu meerdere bemanningsleden, dat kan dan misschien met één.” Tot op den duur de beste stuurlui zich allemaal aan wal bevinden

Proeftuin

Uiteindelijk moet alle onderzoek richting de praktijk gebracht worden. Experimenteren kan in de eigen onderzoekslabs, maar binnenkort ook in het Researchlab Autonomous Shipping (RAS) dat op 18 maart geopend wordt in The Green Village, TU Delfts proeftuin voor duurzame innovatie. “Vanuit de formules, simulatiemodellen en gecontroleerde overdekte experimenten naar de buitenwereld; met alle onzekerheden die daarbij komen kijken. We beginnen met het op schaal testen van onze groepen van autonome vaartuigen om daarna snel door te schakelen naar een complexere omgeving met ander waterwegverkeer”, vertelt Negenborn. Ook wordt het lab een ontmoetingsplek voor alle partijen die bij de ontwikkeling van autonoom varen betrokken zijn. “In het lab kunnen we op schaal laten zien wat de laatste stand van de techniek is voor grootschalige transportproblematiek. Dat inspireert veel meer dan met zijn allen om een vergadertafel zitten.”