Slim bouwonderwijs: Hoe HANDZONe robots en VR combineert

In de bouw komt veel repetitief werk voor, zoals een recht-toe-recht-aan muur metselen of voegen. Maar er is ook veel creatief werk, zoals het variëren met metselverbanden. Hoe kunnen robots de mens het best bij dit werk ondersteunen? Dat onderzoeken ze bij de TU Delft in de hybride leeromgeving HANDZONe.

Serdar Asut is onderzoeker bij de unit Architecture and the Built Environment (ook wel Bouwkunde genoemd) van de TU Delft. Hij houdt zich bezig met de ontwikkeling van nieuwe bouwtechnologieën en designmethoden, zoals de inzet van robots en het gebruik van VR door architecten. Hij is al jaren bezig met het ontdekken en uittesten van innovatieve lesmethoden door het gebruik van digitale technologieën. “Toen ons lab dicht moest vanwege Covid kwam alle stukjes kennis en ervaring die ik in de jaren daarvoor had opgedaan bij elkaar en dacht ik: we moeten een virtuele leeromgeving creëren waar studenten op dezelfde manier kunnen werken en leren als in het echte lab.”

Robots in het bouwproces

In het Laboratory for Additive Manufacturing in Architecture (LAMA) wordt vooral geëxperimenteerd met de inzet van robots in het ontwerp- en bouwproces. Die robots worden nu in de praktijk al mondjesmaat ingezet, zoals bij het vervaardigen van prefab bouwmaterialen. Asut: “Het werk van een bouwvakker is echter behoorlijk. Slechts een klein deel bestaat uit standaardwerk, het merendeel van de taken is gevarieerd. Ons lab doet onderzoek naar hoe je ook bij dat meer gevarieerde en creatieve werk toch op een zinvolle manier een robot kunt inzetten. Hoe kun je ze laten samenwerken met mensen, op zo’n manier dat beiden hun sterke kanten optimaal benutten?”

“Hoe kun je in de bouw een robot en mens op een efficiënte manier laten samenwerken?”

Combinatie virtual reality, robotics en digitale leeromgeving

Het doel van het project, dat de naam HANDZONe kreeg, is niet zozeer om enkel en alleen een digitale leeromgeving te realiseren, maar juist om een hybride omgeving te creëren waarin studenten die fysiek aanwezig zijn in LAMA en studenten die thuiswerken realtime kunnen samenwerken.

Om dat te realiseren moeten twee technologieën die ieder op zich hun nut al hebben bewezen gaan samenwerken: robotics en virtual reality (VR). In het project moeten die twee dan ook nog eens zo samenkomen dat ze een zinvolle hybride leeromgeving realiseren, waarbij de fysieke en virtuele wereld elkaar aanvullen. VR, robotics en het creëren van een digitale leeromgeving kennen an sich geen geheimen voor de onderzoekers van de TU Delft, maar ze samenbrengen in één omgeving is nieuw, zegt Asut.

De TU Delft ontwikkelt en gebruikt al heel lang VR-oplossingen. Denk bijvoorbeeld aan omgevingen waarin architecten en hun klanten virtueel door het ontworpen gebouw heen wandelen, maar ook aan projecten waarbij VR wordt ingezet voor educatie. Alle technische kennis en ervaring van de TU Delft op dit gebied is gebundeld in XR Zone.

De onderzoeksgroep waar Asut werkt heeft op zijn beurt veel ervaring met robotics. De kunst is om deze twee technologieën samen te brengen in een hybride omgeving zodat de virtuele omgeving en het fysieke lab elkaar aanvullen. “We wisten van tevoren dat dit echt een onderzoeksproject zou worden; dat we tegen allerlei problemen zouden aanlopen die we gaandeweg zouden moeten oplossen. We wisten ook dat we daarom het best konden samenwerken in multidisciplinaire teams. Het is immers geen kant-en-klare technologie die we voor een nieuw doel inzetten”, zegt Asut.

“We combineren virtual reality en robotics in een digitale leeromgeving”

Projectfasering

Het project kende drie fases. De eerste was het eenvoudigst: het ontwikkelen van de virtuele omgeving. In deze fase werkte Asut samen met XR Zone, dat zoals gezegd hier al veel ervaring mee heef

De uitdaging kwam in de tweede fase: het koppelen van de virtuele omgeving aan de fysieke. “Dat kostte echt veel tijd, want zoiets hadden we nog nooit eerder gedaan. Hier hadden we andere expertise voor nodig, met name op het terrein van robotics”, vertelt hij. Hier zat dan ook een groot deel van de onderzoekscomponent.

In de laatste fase moesten de educatieve materialen vanuit het fysieke lab worden geïntegreerd in de virtuele omgeving. Ook dat bracht de nodige hoofdbrekens met zich mee. “Want hoewel je met een immersive technologie zoals VR een zeer realistische omgeving creëert, leer je toch anders dan wanneer je in een fysiek lab aan het werk bent. Er is veel onderzoek gaan zitten in de vraag hoe we de beide omgevingen op elkaar konden laten aansluiten zodat we studenten een nog rijkere leeromgeving kunnen bieden.”

Succesfactoren

Het succes van het project werd bepaald door de samenwerking van mensen met verschillende achtergronden en disciplines. Asut: “Je hebt kennis op veel verschillende vlakken nodig: bouwkunde en architectuur, VR, robotics, maar ook kennis van leerprocessen. Al die verschillende specialisten moeten met elkaar samenwerken. Omdat je niet continu met al die disciplines op hetzelfde moment om tafel kunt zitten, hebben wij een projectfasering aangebracht. In iedere fase waren steeds zes tot acht mensen betrokken, en we konden meer expertise inschakelen als dat nodig was

Die goede samenwerking is een van de belangrijkste succesfactoren. Samen met het feit dat het team het project vanaf dag 1 als onderzoeksproject heeft beschouwd. “Er is gewoon ontzettend veel tijd gaan zitten in die onderzoekkant. Doordat we dat van tevoren wisten, konden we de juiste resources alloceren. Dat is erg belangrijk geweest voor het eindresultaat”, zegt Asut.

Dat eindresultaat is nu nog niet te aanschouwen. “We werken aan een website waarop we alles publiceren: de hybride leeromgeving die via een open source licentie toegankelijk is, instructies hoe je ermee werkt, leermaterialen en enkele opdrachten. Maar zo ver is het nu nog niet”, zegt hij. We houden je op deze plek op de hoogte van de voortgang.

Zelf aan de slag?

Wil je aan de slag met de ontwikkelde materialen van dit project? Lees meer over het project HANDZONe: Een hybride werkruimte voor blended learning over gerobotiseerde fabricage. De eindresultaten worden later in 2025 verwacht.