Steeds meer mogelijkheden voor robots op de bouwplaats

De bouw kijkt naar robots om de werkdruk te verlagen. Hoe gaan we van theorie naar praktijk? Een wetenschapper en ondernemer aan het woord.

De bouw kampt met een groot en langdurig personeelstekort. Ongeveer een derde van het personeel in de bouw gaat de komende tien jaar met pensioen, terwijl nieuwe aanwas uitblijft. Ondertussen stapelt het werk zich op. Er moeten de komende jaren veel woningen gebouwd en gerenoveerd worden en een groot deel van de Nederlandse wegen en bruggen is aan vervanging toe. De sector dreigt vast te lopen, maar digitalisering en robotisering kunnen uitkomst bieden.

Bouwbedrijf Van Wijnen heeft te maken met een schaarste aan vakmensen en kijkt naar innovatieve oplossingen. “De bouwsector zit in een transitie. Waar de sector 30 jaar geleden nog heel conservatief was, stellen bedrijven en mensen zich nu meer open voor nieuwe ontwikkelingen. Dat is mooi om te zien”, zegt Johan Vos, manager innovatie bij Van Wijnen.

De tegelzetrobot

Op dit moment onderzoekt het bedrijf de inzet van een tegelzetrobot. “Het klinkt simpel: een robot ziet een tegel, tilt deze op door middel van zuignappen en plakt hem tegen de muur. Voor mensen zijn het logische handelingen, maar het is heel lastig om dit een robot aan te leren.”

Implementatie en opschaling

Voor het onderzoek naar en de ontwikkeling van de tegelzetrobot heeft Van Wijnen samengewerkt met Pieter Pauwels, universitair hoofddocent gebouwde omgeving aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en zijn team. Op dit moment loopt een gezamenlijke Europese subsidieaanvraag voor de verdere ontwikkeling van de robot. Daarbij zijn voor Van Wijnen vooral de mogelijkheden voor implementatie en opschaling van belang. “We hebben meerdere robots nodig om het werkproces goed te laten verlopen. Dan moet de inzet hiervan ook commercieel haalbaar zijn”, zegt Vos.

Combinatie van technologie

Om de robot goed te laten functioneren, komen technologieën uit verschillende wetenschappelijke onderzoeken samen. “Binnen de faculteit Werktuigbouwkunde (ME) is bijvoorbeeld gekeken naar het behandelen van productielijnen. Hoe hard pak je een object vast om ervoor te zorgen dat het niet valt, maar ook niet breekt door de druk? Ook in de faculteit Bouwkunde (BE) loopt al lang uitgebreid onderzoek naar materiaaleigenschappen en realtime feedback bij de 3D Concrete Printing-robot (3DCP). Dergelijke technologieën willen we ook inzetten voor bijvoorbeeld de tegelrobot”, vertelt Pauwels. “Daarbij gaat het niet alleen om manipulatie van objecten, maar ook om mobiele navigatie door robots. De robot moet liefst ook de juiste (en veilige) weg weten te vinden op een bouwplaats. Door middel van AI en semantische modellen kunnen we het systeem zelfstandiger maken in navigatie en operatie.”

De robot moet bovendien nog rekening houden met allerlei randzaken. De tegels moeten bijvoorbeeld vaak naar boven gebracht worden; een badkamer zit immers meestal op de eerste verdieping. Bovendien moet de robot rekening houden met de locatie van leidingen, deuren, kranen en allerlei andere obstakels. “We richten ons er nu in eerste instantie op dat de robot de hele tegels kan uitlijnen op de wand en kan plaatsen. Daarmee is het grootste en meest belastende deel van het werk gedaan. Daarna kan een menselijke tegelzetter de tegels met uitsparingen en andere bijzonderheden plaatsen”, legt Vos uit.

Samenwerking tussen mens en robot

Uiteindelijk hoopt het bouwbedrijf op een goede samenwerking tussen mens en robot om het werk zo efficiënt mogelijk in te richten en arbeidsuren te besparen. “We zijn nu nog in de onderzoeksfase. De hypothese is dat we tot bijna 14 arbeidsuren per badkamer kunnen besparen met de inzet van robots”, stelt hij. Hoe het daadwerkelijk op de bouwplaats uitpakt, zal de tijd uitwijzen.

Het bedrijf sprak ook met de tegelzetters die uiteindelijk gaan werken met de robot. “Zij zien met name een grote behoefte aan het opperen (klaarleggen, red.) van de tegels. Bovendien ervaren sommigen het uitvoeren van het ‘rechte’ werk juist als het prettigste deel van het project”, aldus Vos. Er zijn dus nog wel wat ontwikkelingen en aanpassingen nodig om de verwachtingen van mens en machine bij elkaar te brengen.

“Al zien we zeker kansen voor deze technologische ontwikkeling”, stelt hij. De inzet van de tegelrobot zou binnen dezelfde omzet solaas kunnen bieden. De robot kan de duurzame inzetbaarheid van tegelzetters bevorderen door de fysieke belasting van het werk te verminderen. “De rol van de mens in het proces zal enigszins veranderen. Er is meer aandacht nodig voor het programmeren en het controleren van de robot.”

Menselijke betrokkenheid belangrijk

Daar sluit Pauwels zich bij aan. Hij voorziet dat mensen ook in de toekomst een belangrijke taak hebben op de bouwplaats, met name in het overzien van het grotere plaatje en het combineren van diverse taken. Pauwels: “De robots kunnen specifieke taken uitvoeren en zo een deel van het werk van mensen uit handen nemen. Maar het is een illusie dat een bouwplaats helemaal automatisch functioneert. De robots zijn tot op de dag van vandaag nog steeds vooral hele grote rekenmachines die een specifieke instructie krijgen. Op basis van sterke modellen kunnen die instructies dan uitgevoerd worden. Als de instructies complexer worden, dan wordt het niveau van automatisering groter. Voor de creatieve en ‘intelligente’ taken is het tot nu toe nog steeds aanbevolen om de mens aan de knoppen te houden.”

Meer robots op de bouwplaats

Aan de TU/e worden naast de tegelzetrobot nog diverse andere onderzoeken gedaan naar de inzet van robots in de bouw. Onderzoekers werken aan 3D-beton printing (samen met onder andere Van Wijnen), kleiprints voor façades en ‘robotic filament winding’ met organische vezels (vlas) voor duurzame bouwstructuren (kolommen, vloer).

Om alle robotische functies en aspecten aan elkaar te kunnen verbinden, werkt de TU/e bovendien in een Europees onderzoeksproject, AM2PM, aan de samenwerking tussen verschillende robots. Pauwels: “Het is een soort centrale controller die verschillende robots orkestreert. Iedere robot heeft een eigen taak en door de centrale aansturing komt zo een heel proces tot stand. Dit is een fundamenteel belangrijk onderzoek dat hopelijk in een latere fase de interactie tussen machines op een bouwplaats onderling kan gaan coördineren.”

Van Wijnen oriënteert zich verder als het gaat om de inzet van robots. Het bedrijf onderzoekt de inzet van metselrobots en exoskeletten. Vos: “Dit zou mensen op de bouw kunnen helpen bij het tillen van zware objecten.”

4TU.Built Environment

Een deel van de onderzoeken naar robotisering en digitalisering in de bouw wordt gezamenlijk gedaan door de verschillende technische universiteiten in Nederland. Pauwels: “Verschillende universiteiten hebben verschillende specialisaties. Door samenwerkingen zoals 4TU.Built Environment delen we kennis en wisselen we ervaringen uit. Ook de Open Science en Open Access policies in Nederland zijn hierin cruciaal.” Daarnaast ziet hij ook een rol voor hogescholen en universiteiten als het gaat om de opleiding van jonge mensen. “De werknemers van morgen worden opgeleid om aan de slag te gaan met robots en AI. Op die manier moeten wetenschappelijke kennis en innovatie richting de markt doorstromen.”

Menselijk contact blijft cruciaal

Pauwels concludeert: “Nieuwe innovaties kunnen zeker een verschil maken in de bouw, maar ze lossen het grote personeelstekort niet direct op. Er zit heel veel kennis bij de mensen die al lang in deze sector werken en nu richting de pensioenleeftijd gaan. Ik denk niet dat we dat makkelijk digitaal kunnen vangen, al wordt dat soms wel geprobeerd. Er moet ook ruimte zijn voor mensen om kennis aan elkaar over te dragen. Menselijk contact blijft heel belangrijk. Daarbij is het cruciaal dat de expertise van ervaren werknemers nog steeds bij starters terechtkomt en niet alleen in een databank of robot.”

Teamleden die werken aan 3D printing robots

Department of Built Environment (TU/e)
Marta Gil Perez, filament winding robot,
Rob Wolfs, 3D Concrete Printing
Ekaterina Petrova, voor AM2PM orchestratie

Department of Mechanical Engineering (TU/e)
Elena Torta, actieve collaborateur