Van een schip dat jou zelf kan vertellen wat voor onderhoud het nodig heeft en wanneer, tot een intelligente reisplanner voor mondiale goederentransport. De universiteiten in Zuid-Holland zijn vol van AI-onderzoek in het veld van havens en zeevaart. Drie onderzoekers leggen uit.

Dit is deel twee van de vijf over thema’s waarnaar de drie universiteiten AI-onderzoek doen.

“De voornaamste uitdagingen voor havens zijn toegankelijkheid, duurzaamheid en het vinden van het juiste personeel”, zegt Rudy Negenborn, Hoogleraar Multi-Machine Operations & Logistics in Delft. “In een drukke haven moet je je planning optimaliseren om vertragingen, files en onnodige uitstoot te voorkomen. Dit behoeft niet alleen oplossingen voor technologische uitdagingen: een oplossing kan alleen maar worden geïmplementeerd wanneer een organisatie de juiste infrastructuur wil en heeft.”

“We kunnen technologie ontwikkelen die het voor schepen mogelijk maakt om een haven veilig en autonoom te betreden, zodat een operator alleen maar bij een noodgeval hoeft in te grijpen. Maar wat zou dit betekenen voor de stress van zo’n operator? Hoeveel schepen kunnen ze in één keer monitoren? En zouden schepen met elkaar kunnen communiceren en informatie kunnen uitwisselen?”

Alle expertise is nodig

Negenborn heeft zo’n anderhalf jaar intensief samengewerkt met Universiteit Leiden en de Erasmus Universiteit in Rotterdam. Hij ziet hoe de expertise van alle drie de universiteiten nodig is bij het werken met diverse partijen aan oplossingen die met slim onderhoud, slimme transport en slimme logistiek te maken hebben. “Als je er op een zwart-witte manier naar zou kijken, is de kracht van Delft de technologie, heeft Rotterdam goede economische modellen en bedrijfsmodellen en kijkt Leiden naar de sociale en juridische aspecten.”

Dat is inderdaad zwart-wit, want Thomas Bäck uit Leiden past niet binnen dit stereotype. Hij is het hoofd van de Natural Computing onderzoeksgroep aan het Leiden Institute of Advanced Computer Science (LIACS), waar gewerkt wordt aan algoritmes die evolutie- en natuurprincipes toepassen. Een belangrijke vraag in zijn werk is hoe een algoritme verschillende aspecten, zoals kosten en duurzaamheid kan afwegen, voordat het de beste optie voorstelt. “Dit kan betekenen dat we zo de beste manier vinden om schepen te ontwerpen, maar lerende algoritmes kunnen ook inschatten wanneer het beste moment voor onderhoud is. Dit is iets wat Delft ook onderzoekt.”

Hoe we een verschil kunnen maken

Bäck heeft veel inspiratie opgedaan in een focusgroep met ongeveer tien deelnemers van de drie universiteiten die zich richten op AI-onderzoek in havens en zeevaart. “We bespraken hoe we écht een verschil konden maken, zonder bijvoorbeeld de VN Sustainable Development Goals uit het oog te verliezen. We moeten nadenken over de sociale aspecten: regulering van AI en hoe het zich beter kan uitleggen om het vertrouwen van gebruikers te winnen. De economische en logistieke perspectieven uit Rotterdam waren ook nieuw voor me. Dat was top.”

“Meer samenwerking in Zuid-Holland zal mogelijkheden creëren”, zegt Rob Zuidwijk van de Erasmus Universiteit Rotterdam. Als Hoogleraar Global Supply Chains and Ports ziet hij de mogelijkheden om de efficiëntie van goederentransport en havens te verbeteren. “Ik wil het publieke domein, onderzoekers en non-profits in de maatschappij samenbrengen.”

Wat autonome scheepvaart betekent

Als het aan Zuidwijk lag, zou hij alle bovengenoemden uitnodigen op de campus om de Rotterdamse haven te simuleren in een digitale tweelingomgeving. “Dan kan iedereen zien wat autonome scheepvaart betekent en welke impact bepaald gedrag heeft op medewerkers en het publiek. Dit zou publieke en private stakeholders daarnaast onderling kunnen verbinden, zowel in de haven als in de stad. De dialogen met o.a. Rudy Negenborn en Mark van Koningsveld van de TU Delft helpen ontzettend om een helder beeld te krijgen van waar een digitale tweelingomgeving aan moet voldoen om impactvol multidisciplinair onderzoek van de grond te krijgen.”

Samenwerking met bedrijven is erg belangrijk als je impact wil hebben als onderzoeker, en dit is iets waarmee alle onderzoekers genoeg ervaring hebben. In de Rotterdamse haven, uiteraard. Maar Bäck werkt ook met bedrijven als Air France-KLM, Tata Steel en het Honda Research Institute in Duitsland. Negenborn: “Als we drie universiteiten kunnen opschalen, kan het makkelijker worden om de boardroom van grote bedrijven te bereiken, wat weer betekent dat we grotere budgetten hebben om mee te werken. Dat kan ons meer doorslaggevend maken.”

Hieronder is een voorbeeld van het werk dat alle drie de Hoogleraren doen op het gebied van AI-gerelateerd onderzoek in havens en zeevaart.

Proactief schepenonderhoud: algoritme voorkomt schade en kosten

TU Delft – Rudy Negenborn

“Je koopt een schip voor 30 jaar. In die tijd kunnen dingen op onhandige momenten kapotgaan. Voor anker liggen kan tienduizenden euro’s per dag kosten, en als gedeeltes niet op voorraad zijn… Samen met Leiden werken we aan gezondheidsmonitorsystemen in het Autonomous Shipping Research lab (RAS). Zulke systemen volgen de motorsnelheid, hoe een schip op ruis reageert, enzovoort.”

“Het algoritme verzamelt en interpreteert de data. Een plotselinge reductie in reacties op het ruis kan veroorzaakt worden door stokken die zich rond de propeller bevinden. Als een systeem deze diagnose voorstelt, kan een zigzag-manoever het probleem oplossen. Het systeem kan automatisch beslissen of de snelheid tijdelijk moet afnemen, of dat, bijvoorbeeld, motorfalen voorkomen moet worden.”

“In dit project zijn we in Delft bezig met scheepsdynamiek: hoe een schip ontworpen moet worden. Leiden is bezig met het data-gedeelte: hoe en welke data tot een diagnose en advies van het systeem kan leiden. Een gebruiksvriendelijk dashboard komt er ook aan. We werken samen aan de algoritmes.”

Een intelligente reisplanner voor goederentransport

Erasmus Universiteit Rotterdam – Rob Zuidwijk

“Nieuwe vracht zou niet hoeven moeten wachten omdat het afkoelsysteem aanstaat. Als vrachtwagens in een kolonne rijden, kunnen ze wel 10% aan brandstof besparen. Wanneer ze hun ritten coördineren, kunnen ze nóg meer besparen. Binnenlandse verzendingen kunnen veel economischer zijn, maar die worden niet altijd op de beste manier ingezet. Het vraagt om meer logistieke coördinatie dan vrachttransport per vrachtwagen. Wat we nodig hebben is een reisplanner voor Europese goederentransport.

“Waar 9292 (een reisplanner voor het OV) alle individuele schema’s bijeen brengt, moet ons systeem slimmer zijn. Het moet een enorme hoeveelheid data samenbrengen, patronen herkennen en vervolgens de goedkoopste, schoonste en snelste route bepalen. Als er iets fout gaat, zoals de recente blokkade in het Suez Kanaal, moet het systeem daarop kunnen reageren.”

“Met Hoogleraar Econometrie en Informatica Rommert Dekker en Hoogleraar Goederentransport en Logistiek Lorant Tavassy uit Delft, ben ik over zulke systemen aan het nadenken. We zijn in gesprek met allerlei partijen in de Rotterdamse Haven. Als de haven data aanlevert die laten zien wat er in de haven en het Europese binnenland gebeurt, kunnen we een algoritme gebruiken om hiervan te leren. In de toekomst zullen alle partijen op een virtuele kaart kunnen zien wat het optimale transport is en bepalen of de inhoud van container X vers aankomt.”

Algoritme laat zien: het beste ontwerp om je schip op tijd schoon te maken

Universiteit Leiden – Roy de Winter, PhD kandidaat onder begeleiding van Thomas Bäck

“Ik onderzoek efficiënte optimaliseringsalgoritmes bij C-Job Naval Architects en Universiteit Leiden. Een belangrijke vraag is hoe algoritmes ervoor kunnen zorgen dat de laagste productie en gebruikerskosten opwegen tegen de beste kwaliteit en resultaten. Als je een schip bijvoorbeeld lang en dun maakt, zal het efficiënter zijn, maar je hebt daar wel meer staal voor nodig dan om een kortere, bredere versie te bouwen. En duurzamere materialen en schonere brandstoffen worden steeds belangrijker in het schipontwerpproces.”

“We analyseren daarnaast operationele data van schepen. Recent deden we een unieke ontdekking. Een klant wilde zien wat de invloed van de wind op de benodigde paardenkracht was en droeg datasets aan voor ons om erachter te komen. We bekeken de data van twee identieke schepen en zagen dat de één meer dan 30% zuiniger was dan de andere. De eerste was net schoongemaakt, terwijl de tweede een significante coating van algen en mosselen had. Dat bleek een significante oorzaak van het verschil te zijn. Schoonmaken kan een hele onderneming zijn, maar het is zeker waardevol! Vandaag de dag zijn er bijvoorbeeld methoden om zo’n schoonmaak al op het water uit te voeren, met een soort robotgrasmaaier.”