Meet the Smarbles: de inspecteurs van de toekomst

Zo groot als een pingpongbal (in de toekomst nog kleiner) en boordevol microscopisch kleine sensoren. Stop ze in bodem, grondwater of leidingwerk en ze brengen verontreinigingen, schades, temperatuur, stroomsnelheid en afmetingen in kaart. Ze voeren deze metingen accurater, sneller en veiliger uit dan mensen. Wat deze balletjes pas écht bijzonder maakt, is dat ze zelfstandig beslissingen nemen, onderling communiceren en hierdoor evolueren tot steeds slimmere balletjes.

Smarblesworden de ‘ogen’ die wij ondergronds nog missen. Zeker in Nederland waar het een spaghetti is onder onze voeten. Neem alleen al de honderdduizenden kilometers aan leidingwerk in onze bodem: voor afvalwater, drinkwater, gas, olie, chemicaliën. Plekken waar roestvorming, verstoppingen en lekken grote gevolgen kunnen hebben. Maar die tegelijkertijd lastig en soms zelfs gevaarlijk zijn om te inspecteren en te onderzoeken. Wie of wat stuur je hiervoor wél naar beneden?

Stop een paar balletjes in de leiding en ze laten zich met de stroom meevoeren

Peter Baltus en zijn Europese team werken binnen project Phoenix aan de oplossing. Baltus: “Stel, je wilt weten op welke locaties in een warmteleiding warmteverlies optreedt. Smarbleskunnen dit heel snel voor je in kaart brengen, zonder dat je hier ingrijpende inspecties voor hoeft te doen. Je stopt een paar balletjes in de leiding en ze laten zich met de stroom mee voeren. En met de data die ze onderweg verzamelen, kun je systemen eenvoudig optimaliseren.”

De grote uitdaging is het formaat van de Smarbles. Baltus: “Om hun werk in leidingen goed te kunnen doen, moeten ze vooral heel klein zijn. We kunnen ze hierdoor niet een enorme energievoorraad meegeven zodat ze álles kunnen meten, opslaan en verwerken. Dan zou je een voetbal nodig hebben.” Daarom werken Baltus en z’n team aan een piepklein instrumentje dat zich aanpast aan z’n omgeving, dat in staat is om te meten wat écht relevant is en dat kan samenwerken met z’n ‘collega’s’.

Baltus: “Onze Smarbles krijgen een vleugje kunstmatig instinct. Ze bepalen tot op zekere hoogte zelf wat ze meten, registreren, opslaan en vervolgens communiceren. Hierdoor kunnen ze hun energie optimaal aanwenden. Ze kunnen metingen verbeteren, zichzelf specialiseren of onderling afspraken maken. Bijvoorbeeld over welke routes ze nemen, of over de volgorde van meten: dat het voorste balletje standaard iets anders meet dan het achterste. Dat is het leuke: we weten vooraf niet wat onze Smarbles gaan doen.”

Binnenkort mogen de eerste Smarbles naar buiten

Binnenkort mogen de eerste balletjes naar buiten. Nog niet in rioolbuis, gasleiding of diepe ondergrond, maar wel in een kinderzwembadje op het terrein van de TU Eindhoven. Hun eerste missie: in een doorzichtige PVC-buis een T-splitsing detecteren. Peter Baltus glimlacht. “Ja, zo’n interessante techniek die z’n doop vindt in een opblaasbaar kinderbadje. Ook dat is wetenschap. Mankracht en budget zijn beperkt, we moeten pragmatisch zijn. Het is nu aan de Smarbles om te laten zien of ze er klaar voor zijn.”

Baltus laat de kraamkamer van de Smarbles zien: het universiteitslab. Een wereld van printplaatjes, microscopen en oneindige schakelschema’s op computerschermen. Onderwijl vertelt hij over de enorme mogelijkheden die de Smarbles te bieden hebben. “Neem de gezondheidszorg. Dat jij en ik straks een micro-sensorballetje inslikken dat van binnenuit meet wat daar gebeurt. Maar we kunnen ook onderwatersmarbles maken om de waterkwaliteit in kaart te brengen of balletjes die je in je moestuin stopt om te meten of de bodem voldoende voeding biedt en niet te vochtig is.”

Baltus vervolgt: “Maar die ideeën zijn voor later. Wil je deze techniek volwassen maken, dan moet je focussen op één toepassing en deze perfectioneren. Daarom hebben we ervoor gekozen om eerst balletjes te ontwikkelen die we leidingen en diepe ondergrond in gaan sturen. Zeker voor inspectiewerk zouden de balletjes een doorbraak betekenen. Inspecteren met Smarbles is niet alleen veiliger en accurater, maar ook een stuk goedkoper."

"We zijn daarom zo blij met Antea Group als businesspartner. We kunnen als wetenschappers fantastische concepten bedenken, maar de vraag is: wat kun je er mee? Leuk, zo’n zelflerende sensorbal, maar past ‘ie straks wel in een stikstofleiding? En wat als een Smarble niet terugkomt van een bodemmissie, kan hij dan wel in de grond blijven zitten? Het zijn juist díe praktijkvragen die Antea Group ons voorlegt; vragen die we onszelf nooit zouden hebben gesteld. Juist door wetenschap en praktijk te bundelen, kom je tot een product dat ook écht toepasbaar gaat zijn.”

Door wetenschap en praktijk te bundelen, kom je tot een product dat écht toepasbaar gaat zijn

Wanneer de eerste Smarbles op missie gaan? Baltus: “Het zou mooi zijn als we volgend jaar de eerste balletjes op pad kunnen sturen. Maar ook hiervoor geldt: we weten niet hoe lang ze nodig hebben om te leren wat ze moeten leren. Wij hebben hierin zelf een groot aandeel, maar het is deels ook aan de Smarbles zelf.”

Peter Baltus (1960) werkte 22 jaar bij Philips en later bij NXP in Eindhoven, Nijmegen, Tokyo en Sunnyvale. In 2007 werd hij hoogleraar hoogfrequente elektronica aan de Technische Universiteit Eindhoven. Van 2007 tot 2016 was hij directeur van het Centrum voor Draadloze Technologie. Sinds 2017 is hij voorzitter van de micro-elektronica-groep. Hij is (co-)auteur van meer dan 100 papers en bezit 16 Amerikaanse octrooien.

Project Phoenix richt zich op het toepassen van menselijke en kunstmatige intelligentie om ontoegankelijke omgevingen te kunnen meten. Binnen dit grote Europese project bundelen TU Eindhoven, RWTH Aachen, KU Leuven, Rijksuniversiteit Groningen en Antea Group al hun kennis en kunde op het gebied van sensortechnologie. Het Phoenix-project wordt gesubsidieerd vanuit het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie.