Artificial Intelligence in haven- en maritiem onderzoek in Leiden, Delft en Rotterdam

Van een optimaal ontworpen schip dat zelf aangeeft wanneer welk onderhoud nodig is, tot een intelligente reisplanner voor wereldwijd goederenvervoer. Het bruist op de drie Zuid-Hollandse universiteiten van het AI-onderzoek op haven- en maritiem gebied. Onderzoekers vertellen. Deel 2 van een serie over vijf thema's waarbinnen de drie universiteiten veel AI-gerelateerd onderzoek doen.

'De grote uitdagingen in de haven zijn bereikbaarheid, duurzaamheid en het juiste personeel', zegt Rudy Negenborn, hoogleraar Multi-Machine Operations & Logistics in Delft. 'In een drukke haven moet je optimaal plannen om vertragingen, files en overbodige emissies te voorkomen. Dat vraagt niet alleen het oplossen van technische uitdagingen: zo’n oplossing kan pas landen als een organisatie dat ook wil en daarop is ingericht.'

'Wij kunnen technieken ontwikkelen waarmee schepen automatisch en veilig de haven kunnen binnenvaren, waarbij een operator alleen bij calamiteiten hoeft in te springen. Maar wat betekent dit voor het stressniveau van die operator? Hoeveel schepen kan hij tegelijk monitoren? En welke interactie en informatie-uitwisseling hebben schepen onderling?'

Miranda vijfvinkel
Foto;: Miranda Vijfvinkel

Alle competenties nodig

backAl zo’n anderhalf jaar werkt Negenborn aan intensivering van de samenwerking met de universiteiten van Leiden en Rotterdam. Hij ziet hoe de competenties van de drie universiteiten allemaal nodig zijn bij het realiseren van oplossingen op het gebied van slim onderhoud, slim vervoer en slimme logistiek met veel verschillende partijen. ‘Zwart-wit gesteld is op hoofdlijnen de kracht van Delft in technologie, Rotterdam in economie en businessmodellen en Leiden in sociale en juridische aspecten.'

Hoe we er echt toe kunnen doen? 

Zwart-wit inderdaad, want Thomas Bäck uit Leiden voldoet niet aan dat stereotype. Hij is hoofd van de Leidse onderzoeksgroep Natural Computing bij het Informatica-instituut, die werkt aan algoritmen die gebruik maken van principes uit evolutie en natuur. Een sleutelvraagstuk in zijn werk is hoe een algoritme verschillende aspecten tegen elkaar afweegt, bijvoorbeeld kosten en duurzaamheid, en dan een optimale keuze voorstelt. 'Het gaat bijvoorbeeld om optimaal ontwerp van schepen, maar lerende algoritmen kunnen ook voorspellen wanneer onderhoud het beste kan plaatsvinden. Delft is daar ook mee bezig.' 

Bäck raakte flink geïnspireerd in de focusgroep met zo'n tien deelnemers van de drie universiteiten, waarin AI-onderzoek op haven- en maritiem gebied centraal stond. 'We dachten samen na over hoe we er echt toe kunnen doen, met onder meer de Sustainable Development Goals van de VN in gedachten. Zo moeten we nadenken over sociale aspecten: het reguleren van AI en hoe het zichzelf beter kan uitleggen om te zorgen dat mensen erop durven te vertrouwen. Ook de economische en logistieke perspectieven vanuit Rotterdam waren nieuw voor mij. Heel mooi was dat.'

Meer Zuid-Hollandse samenwerking levert ook volgens Rob Zuidwijk van de Erasmus Universiteit Rotterdam kansen op. Als hoogleraar Global Supply Chains and Ports ziet hij mogelijkheden het goederenvervoer en het gebruik van de haven efficiënter te maken. 'Ik wil burgers, de stad, wetenschappers en maatschappelijke organisaties met elkaar verbinden.'

Wat automatisch varen betekent

Zuidwijk zou ze het liefst allemaal op de campus willen uitnodigen om in een Digital Twin-omgeving de haven virtueel na te bootsen. 'Dan zien ze wat automatisch varen betekent, welke impact bepaalde gedragingen hebben op de werknemers en burgers. Het kan de band met en tussen private en publieke stakeholders verstevigen, zowel in de haven als in de stad. De dialogen met onder meer Rudy Negenborn en Mark van Koningsveld van de TU Delft helpen enorm om scherp te krijgen waar zo’n Digital Twin-omgeving aan moet voldoen om multidisciplinair onderzoek met impact van de grond te krijgen.

Samenwerken met bedrijven is van groot belang om impact te hebben als wetenschapper. Iets waar ze allemaal al ruime ervaring mee hebben. Met de haven natuurlijk, en Bäck werkt met onder meer Air France-KLM, Tata Steel en het Honda Research Institute in Duitsland. Negenborn: 'Als we met de drie universiteiten schaalvergroting kunnen realiseren, bereiken we makkelijker de boardroom van grote bedrijven en kunnen we met grotere budgetten werken. Dan worden we slagvaardiger.'

Hieronder een voorbeeld van het werk van elk van de drie hoogleraren: AI-gerelateerd onderzoek op maritiem of havengebied.

TU Delft - Rudy Negenborn

Proactief scheepsonderhoud: algoritme voorkomt schade en kosten

negenborn'Het algoritme verzamelt én interpreteert die data. Zo kan een plotseling verminderde reactie op het roer komen door takken bij de propeller. Als het systeem die diagnose voorstelt, kan zigzaggend varen het probleem oplossen. Ook kan het systeem zelfstandig bepalen om bijvoorbeeld tijdelijk rustiger te gaan varen om te voorkomen dat de motor het begeeft.''Een schip koop je voor dertig jaar. In die tijd gaan er dingen kapot, op onhandige momenten. Stilliggen kan tienduizenden euro's per dag kosten, en als dan een onderdeel niet voorradig is... Samen met Leiden werken wij in het Research lab Autonomous Shipping (RAS) aan health monitoringssystemen. Dat soort systemen volgen nauwkeurig hoe een schip bijvoorbeeld reageert op het roer, hoe het toerental van de motor verloopt enzovoort.'
 

'In Delft nemen we bij dit project de scheepsdynamica voor onze rekening: hoe je het schip ontwerpt. Leiden houdt zich bezig met de datascience-kant: hoe welke data kunnen leiden tot een diagnose en advies vanuit het systeem. Ook een gebruiksvriendelijk dashboard komt vanuit Leiden. Samen werken we aan de algoritmen.'

Erasmus Universiteit Rotterdam - Rob Zuidwijk

Een intelligente reisplanner voor goederenvervoer

rob zuidwijk'Met onder meer econometrie- en informaticahoogleraar Rommert Dekker en vanuit Delft hoogleraar vrachtvervoer en logistiek Lorant Tavasszy, denk ik na over zulke systemen. We zijn in gesprek met partijen uit de Rotterdamse haven. Als de haven data levert die laten zien wat er in de haven en in het Europese achterland gebeurt, kunnen wij een algoritme daarvan laten leren. Zo kunnen alle partijen in de toekomst op een virtuele kaart hun transport optimaal organiseren en beoordelen of de inhoud van container X vers arriveert.' 

'Verse lading moet niet wachten, want de koeling staat te draaien. Als vrachtwagens met elkaar in konvooi rijden, besparen ze tot wel 10 procent brandstof. Als ze ritten goed op elkaar afstemmen, kunnen ze nog meer besparen. De binnenvaart kan een stuk zuiniger zijn, maar wordt niet altijd optimaal benut. Het plannen van al die containers op een schip is nu eenmaal moeilijker. Wat we nodig hebben, is een reisplanner voor het Europese goederentransport.'

'Waar 9292 alleen vaste dienstregelingen aan elkaar koppelt, moet ons systeem slim zijn. Het moet enorm veel data op elkaar afstemmen, patronen herkennen en daarmee de goedkoopste, schoonste en snelste route voorstellen en regelen. Als er iets misgaat, zoals recent die blokkade van het Suezkanaal, moet het systeem daarop reageren.'

Universiteit Leiden - Roy de Winter, promovendus van Thomas Bäck

Algoritme laat zien: het beste ontwerp en maak op tijd je schip schoon 

winter'We analyseren ook operationele data van schepen. Laatst deden we een bijzondere ontdekking. Een klant wilde zien welke invloed wind had op de gevraagde motorkracht en leverde ons datasets om dat uit te zoeken. We checkten de data van twee identieke schepen en zagen dat het ene schip   meer dan 30 procent zuiniger voer dan het andere schip. Dat eerste schip was pas schoongemaakt, terwijl het laatste een flinke aangroei van algen en pokken had. Dat bleek een belangrijke oorzaak van het verschil. Schoonmaken is soms een hele operatie, maar loont dus flink! Er zijn tegenwoordig ook technieken om dat schoonmaken in het water te doen, bijvoorbeeld met een soort robotgrasmaaier.’ 

'Ik ben onderzoeker op het gebied van efficiënte optimalisatie-algoritmen bij het scheepsontwerp-bedrijf C-Job Naval Architects en de Universiteit Leiden. Een belangrijk vraagstuk is hoe algoritmen een goede afweging kunnen maken tussen de laagste productiekosten en gebruikskosten, met de beste kwaliteit als resultaat. Als je bijvoorbeeld een schip lang en slank maakt, vaart het schip efficiënter, maar er is wel meer staal nodig om het te bouwen dan bij een korter en breder schip. Ook duurzamere materialen en schonere brandstoffen worden steeds belangrijker bij het scheepsontwerpproces.'

Vijf thema's vol van AI-onderzoek in Zuid-Holland

Dit artikel is deel 2 van een serie waarin we laten zien hoe onderzoek en onderwijs met of naar kunstmatige intelligentie een rol speelt bij de Erasmus Universiteit Rotterdam, de Universiteit Leiden en de TU Delft. De artikelen beslaan deze vijf thema's, waarbinnen de universiteiten zowel met elkaar als naast elkaar werken:
•    Vrede, recht en veiligheid 
•    Haven en maritiem
•    Energie en duurzaamheid
•    Gezondheid en zorg
•    Technologische industrie

Tekst: Rianne Lindhout

Volgend artikel