Volautomatische drone, magazijnier van de toekomst?

We spraken met de project- en onderzoeksverantwoordelijken van het imec.icon InWareDrones-project en polsten naar het potentieel van, en de plannen met, deze technologie.

Nieuwe economische principes zetten voorraadbeheer onder druk

De e-commercesector heeft de voorbije jaren een spectaculaire groei laten optekenen. Volgens onderzoeksbureau Statista bedroeg de wereldwijde omzet ervan in 2019 maar liefst 3,53 biljoen dollar – een bedrag dat tegen 2022 mogelijk zelfs zal verdubbelen. Online shoppen is dan ook nog nooit zo populair geweest.
 
Tegelijkertijd maakt een toenemend aantal industrietakken gebruik van nieuwe concepten zoals ‘just-in-time’ bezorging, om nauwelijks voorraden te moeten aanhouden.
 
Terwijl consumenten en bedrijven vol inzetten op die nieuwe economische principes, komen de magazijnen waar goederen, grondstoffen en onderdelen worden opgeslagen echter steeds meer onder druk te staan. Het in real time en accuraat bijhouden van zo’n magazijnstock vormt immers een hele uitdaging. Enerzijds is het een arbeidsintensief en tijdrovend proces – vooral als items per ongeluk op de verkeerde plaats belanden. Maar anderzijds is het ook een gevaarlijke job, omdat vaak op hoogte moet worden gewerkt.
 
En ondertussen zitten mensen ongeduldig op hun pakjes te wachten, verbinden bedrijven boeteclausules aan het niet tijdig leveren van hun grondstoffen en onderdelen, en spelen bestaande oplossingen (zoals manuele scanners voor het inlezen van RFID-tags of streepjescodes) amper in op de actuele uitdagingen van magazijnbeheerders.

Wordt volautomatische drone de magazijnier van de toekomst?

Met die problematiek als insteek heeft een consortium van Vlaamse bedrijven en academische onderzoekers de voorbije twee jaar gewerkt aan de ontwikkeling van wat mogelijk de ‘magazijnier van de toekomst’ zou kunnen worden: een drone die volledig zelfstandig – van A tot Z – aan inventarisatie doet.
 
“Uiteraard worden drones al langer ingezet om het voorraadbeheer in magazijnen te ondersteunen. Maar al die oplossingen vereisen vooralsnog de aanwezigheid van een menselijke operator – zowel voor het opstijgen, vliegen, landen en het opladen van de batterijen. En dat is niet efficiënt,” zegt Eli De Poorter, onderzoeksverantwoordelijke van het imec.icon InWareDrones-project.
 
“De oplossing die we vandaag presenteren, is dan ook revolutionair: voor zover we weten, is dit de eerste dronetoepassing voor indoor inventarisatie die volledig zelfstandig opereert,” zegt hij.
 
“Dat maakt echt een wereld van verschil,” vult Pieter Suanet van projectpartner Aucxis aan. “Zo wordt het bijvoorbeeld perfect mogelijk om – wanneer het magazijn ’s avonds sluit en iedereen naar huis gaat – een drone aan het werk te zetten; een drone die volledig zelfstandig opstijgt, rondvliegt, obstakels ontwijkt, de inventarisatie voor zijn rekening neemt, de nodige gegevens doorstuurt naar het achterliggende warehouse managementsysteem, opnieuw landt en zijn batterijen oplaadt – alvorens aan een volgende ronde te beginnen.”

Spitstechnologie, made in Vlaanderen

 Om deze nieuwe toepassing mogelijk te maken, gooiden de projectpartners een mix van (spits)technologieën in de strijd.
 
“Voor de autonome lokalisatie en indoornavigatie – en het reageren op (onverwachte) obstakels – maken we bijvoorbeeld gebruik van de nieuwste inzichten op het gebied van sensorfusie en machine learning. In dit specifieke geval combineren we informatie afkomstig uit visie, LiDAR-technologie, IMU-sensoren, ArUco-markers en ultrawideband (UWB) lokalisatiebakens voor dronelokalisatie en -navigatie,” duidt Eli De Poorter. “Door met al die inputs rekening te houden, behalen we een lokalisatienauwkeurigheid van beter dan 5 centimeter – wat prima is wanneer je tussen twee rekken door moet vliegen. Bovendien wordt de input heel snel ververst – aan een update rate van 100 Hz – waardoor het systeem extra alert reageert op plotse obstakels en onnauwkeurigheden.”
 
De projectpartners onderzochten ook in welke omstandigheden je welke lokalisatie- en navigatietechnologie het beste gebruikt. Ze kwamen tot de conclusie dat visie minder geschikt is om te navigeren in open ruimtes – door het gebrek aan referentiepunten. In zo’n setting blijkt UWB-technologie een betere optie. Maar als je tussen rekken door moet bewegen, is een combinatie van ArUco-markers, simultane lokalisatie en mapping (SLAM)-camera’s en de IMU-sensoren waarmee drones typisch zijn uitgerust dan wél weer het beste alternatief.
 
“Interessant was ook dat we konden vaststellen dat het gebruik van sensorfusie uiteindelijk leidt tot kostenefficiëntere systemen: doordat je op meerdere technologieën inzet en vertrouwt, ga je bijvoorbeeld een kleiner aantal (dure) UWB-lokalisatiebakens moeten installeren,” aldus Pieter Suanet.
 
Wat het eigenlijke inventarisatieluik betreft, experimenteerden de InWareDrones-partners met het gebruik van RFID-tags en visie. Daarbij vertrokken ze van de insteek dat RFID-technologie heel goed is in het identificeren van items, maar een eerder beperkte lokalisatiefunctie heeft – terwijl dat voor camerabeelden net andersom is.
 
“Toch merkten we dat we zelfs als we alleen gebruik maken van visietechnologie – en ondanks de relatief hoge vliegsnelheden – in staat waren om op die manier 99% van de QR-codes op paletten en items in te lezen. Dat is veel beter dan wat we bij de start van het project hadden verwacht. Het is bovendien een belangrijk inzicht dat door de commerciële partners kan worden meegenomen in de ontwikkeling en optimalisatie van hun producten,” zegt Pieter Suanet.
 
Het InWareDrones-project resulteerde in het ontwerp van een drone die verschillende inventarisatiemethoden (RFID en visie) en meerdere navigatie- en lokalisatieopties (SLAM-camera’s, ArUco-markers, IMU en UWB) ondersteunt. Nieuw is ook dat de drone autonoom kan landen op een herlaadplatform met behulp van flexibele visible light positioning (VLP) technologie (in plaats van de meer complexe en rigide systemen die vandaag worden gebruikt), waarna hij efficiënt draadloos kan laden. 

Zien we deze technologie binnenkort op de werkvloer verschijnen?

De partners kunnen nu met de verschillende inzichten en technologieën aan de slag. Zo ook ID Logistics een internationale groep gespecialiseerd in logistiek.
 
Cyril Prouteau: “We zijn momenteel inderdaad aan het bekijken hoe we deze oplossing in onze activiteiten kunnen integreren. Onze klanten verwachten immers dat we hen op ieder moment een actueel en accuraat rapport van de beschikbare voorraden kunnen voorleggen. Dankzij de InWareDrones-technologie kunnen we die inventarisatie voortaan in belangrijke mate automatiseren.”
 
Het InWareDrones-consortium bestond uit: Aucxis, Octinion, DroneMatrix, iN²Power, Flanders Make en ID Logistics Belgium – aangevuld met IDLab en WAVES, twee imec onderzoeksgroepen aan de UGent.
 
Het imec.icon InWareDrones-project werd gecofinancierd door imec en Flanders Make en ontving projectondersteuning van het Vlaamse Agentschap Innoveren & Ondernemen.