Inhoudsopgave
    

Slimme joystick voor zelfrijdende auto’s
Laurens Lammers
door Laurens Lammers
leestijd: 8 min

Moeten zelfrijdende auto's geheel autonoom rijden? Met de Nederlandse vinding Stewart kunnen passagiers letterlijk voelen wat de auto gaat doen en, als het moet, tegengas geven.

Als het aan de Nederlandse designer Felix Ros (23) ligt, wordt de rol van de mens in de zelfrijdende auto niet geheel uitgeschakeld. Twee jaar geleden bedacht hij hiervoor een speciale interface, Stewart genaamd, die als een soort versnellingspook voorin de auto is te integreren en bemiddelt tussen mens en machine. Het idee? Een apparaat dat eruit ziet als een futuristische joystick en gemaakt is om het evenwicht te herstellen tussen mens en zelfrijdende auto.

Via een intuïtieve vorm van interactie gebaseerd op tast kunnen de beslissingen van de auto worden gemanipuleerd. Met een simpele duw tegen de joystick is bijvoorbeeld de snelheid van de auto aan te passen.

Van zijn joystick maakte Ros al twee versies: het conceptontwerp Stewart I en het prototype Stewart II. In de ontvangsthal van gebouw Laplace op de campus van de TU Eindhoven laat Ros in de expositieruimte van oud-studenten het prototype zien. Een grote zwarte hendel is alle kanten op te duwen om instructies te kunnen geven. In totaal werkte Ros vier maanden aan de interface.

In een computerruimte van de universiteit laat hij ook de conceptversie zien. Al is er daarbij wel een klein probleem. Het snel aan de praat krijgen van Stewart I via de computer wil namelijk niet zo lukken. "De conceptversie is helaas al wat krakkemikkig aan het worden", lacht Ros, "maar hij heeft ook al heel wat keren staan draaien op allerlei evenementen, waaronder de Dutch Design Week. De servomotoren in het apparaat zijn ook al flink wat uitgesleten. De gebruikte Java-software wordt verder niet volledig meer ondersteund."

Technisch gezien biedt de joystick volgens Ros zes graden van vrijheid. Je kunt ermee omhoog en omlaag, naar links en rechts, naar voren en achteren en rollen en draaien. Ros: "Via de joystick voel je de auto een bocht om gaan, maar ook accelereren. Stewart kan verder zowel grotere als kleinere bewegingen maken. Door te bewegen geeft de auto via de joystick een bepaalde intentie aan. Bijvoorbeeld: ik sla hier linksaf. Wil je gewoon rechtdoor blijven rijden, dan duw je de hendel weer terug in de oude stand."

Haptisch systeem

Stewart is volgens Ros een geheel tactiel en haptisch systeem. "Is Stewart het ergens niet mee eens is, dan voel je de interface letterlijk terugduwen", zegt hij. "Bij Stewart II heb ik geprobeerd om de controller nog gevoeliger te maken om de passagier zo een nog betere controle over de rijstijl te bieden. Als hij bijvoorbeeld maar een klein beetje sneller wil, dan geeft hij ook maar een klein tikje tegen de hendel. Wil hij harder, dan geeft hij ook een grotere tik." 

Na zijn opleiding Industrial Design aan de TU in Eindhoven, besloot Ros in Delft een tweejarige masteropleiding te gaan volgen in Strategic Product Design. "Anders dan bij een bacheloropleiding ga je tijdens een masteropleiding meer de diepte in", zegt hij. "Je doet veel meer onderzoek. In Delft kreeg ik plots ook veel telefoontjes van bedrijven die interesse in Stewart hadden. Daardoor vond ik het beter om in Eindhoven een nieuwe master te beginnen in Constructive Design Research. Toen ben ik ook begonnen met ontwikkelen van het prototype Stewart II."

Ros kreeg met Stewart niet alleen veel aandacht van bedrijven en de internationale pers. Voor beide versies van zijn futuristische controller zou hij ook een speciale prijs voor designers winnen.

Liep jij voordat je Stewart I ging bouwen al lang rond met het idee voor je speciale controller. Of kun je vertellen hoe het idee voor je interface is ontstaan? 

"Voor mijn afstudeerproject moest ik iets in de context van auto's zoeken. Ik had zelf nog geen rijbewijs. Maar ik wist wel dat een auto een goed product is die bezitters veel meer vrijheden biedt. Bij zelfrijdende auto's zag ik echter een bepaald menselijk aspect verdwijnen. Dat vond ik zonde. Zo ben ik op het idee gekomen voor Stewart. Daarmee bood ik een nieuwe blik op hoe je het menselijk rijden op een veilige manier kunt behouden. Een haptische joystick waarmee je een auto kunt bedienen, zoals met Stewart, bestond ook nog helemaal niet. Die wilde ik graag gaan bouwen." 

Hoe kwam je op de naam Stewart voor je controller?

"Dat was een knipoog naar het Stewart-platform, een mechanische constructie die met behulp van een aantal servomotoren alle zogenaamde vrijheidsgraden biedt. Eén van de bedenkers daarvan heette D. Stewart. Oorspronkelijk was het platform bedoeld om autobanden te testen. Dat was echter een vrij groot apparaat. Mijn joystick is daar een kleine versie van geworden."

Waarom heeft een zelfrijdende auto een bemiddelaar nodig tussen auto en mens? Als je ergens rechtsaf wil of je moet ergens zachter rijden, hoef je daar toch niet over te bemiddelen? Is het niet handiger om autonoom rijdende auto's alles zelf te laten beslissen? 

"Als een zelfrijdende auto goed rijdt, is dat absoluut een argument. Machines hebben de potentie om beter te rijden dan mensen. Bij Stewart gaat het echter om kleine dingen. Stel je voor: je zit in een zelfrijdende auto en die gaat links rijden om in te halen. Jij rijdt echter te langzaam voor de auto die achter je komt, die ook wil inhalen. Hoe kun je een auto dan laten weten dat hij sneller moet rijden? Door de mens mee te laten beslissen wat te doen, kun je de auto manipuleren. Het heeft ook met vertrouwen te maken. Dat komt niet alleen van de auto zelf, maar ook van de omgeving. Als er iemand voor je rijdt die dronken is, hoe gaat een machine die rijder dan inschatten? Op zo'n moment komt Stewart goed van pas." 

Als in de toekomst alle auto's autonoom rijden en goed op elkaar gaan letten, is dat toch veilig genoeg?

"Dat zie ik voorlopig nog niet gebeuren. En als het wel gebeurt, zou Stewart minder nuttig zijn. Maar ook al rijden alle auto's volledig autonoom, hoe ga je dan tegen je auto zeggen dat hij op moet schieten? Je rijdt bijvoorbeeld naar het ziekenhuis, want je vrouw gaat bevallen. In een gewone auto ga je dan op het gaspedaal staan. In een zelfrijdende auto kan dat niet. Stewart kan dan de bestuurder het idee geven dat auto haast maakt. En misschien doet de auto dat dan ook wel. Maar de controller kan ook 'nee' zeggen als het moet. Bijvoorbeeld omdat de auto niet door rood licht wil rijden, omdat er anders ongelukken kunnen gebeuren. Voor de passagier is het echter wel fijn dat hij via de controller kan laten weten dat de auto haast moet maken. Stewart zorgt zo in feite voor een compromis tussen mens en auto. Vooral daarvoor heb ik hem ook gebouwd."

Kun je in het kort een ritje beschrijven met Stewart. Wat ik daarbij zou willen weten is: welke feedback of specifieke informatie geeft de zelfrijdende auto via Stewart. En bij welke beslissingen wordt de passagier betrokken en bij welke niet? 

"Dat zijn dingen die nog onderzocht moeten worden. Getest zijn hele simpele dingen, zoals snelheid aanpassen, van baan wisselen of bochten nemen. Bij een hele scherpe bocht willen mensen weten of de auto die bocht wel goed genoeg ziet. Als passagier zou je dan kunnen meesturen. Stewart heeft geen scherm. Maar in de bocht voel je hem wel draaien of sturen. Dat voelt bij Stewart ook een stuk intuïtiever aan dan in een auto met een normaal stuur. Het voelt alsof de interface vijftig meter vooruit kijkt, net als een menselijke bestuurder zou doen. Grappig is dat mensen Stewart ook zien als de bestuurder van de auto, wat hij helemaal niet is."

Als Stewart reageert op manipulaties van de passagier: hoe werkt dat dan?

"Stel dat de auto accelereert, maar de passagier wil dat niet. Hij ziet namelijk een auto voor zich die over de weg slingert. Met Stewart kun je meer afstand houden. Dan pak je Stewart en je duwt de auto wat meer naar achteren. Dat is prima, tenzij je zelfrijdende auto weer een andere auto ziet die ook in de weg rijdt. Stewart kan dan weer terugduwen om die andere auto te kunnen ontwijken." 

Als feedbacksysteem werkt Stewart niet opdringerig. Is het gevolg daarvan niet dat passagiers de feedback van Stewart vaak negeren? 

"Als mensen Stewart willen negeren, prima. Daarom is het ook in de vorm van een joystick gebouwd. Als je feedback via de autostoel krijgt, kun je niet uit je stoel om deze te stoppen. De joystick kun je altijd loslaten. Je bent er niet constant mee bezig. Ik vergelijk Stewart ook vaak met een paard. Daarop kun je met losse of met strakke teugels rijden. Je hebt er zelf helemaal controle over. En je weet wat er gebeurt als je de teugels laat vieren. Vertrouw je een andere automobilist niet of heb je haast? Dan rij je met strakke teugels. Interesseert het je allemaal niet zo wat er gebeurt? Dan rij je met losse teugels. De keuze is aan jou. Zo werkt het ook met Stewart."

Stewart kan een passagier niet alleen feedback geven over de acties of beslissingen van de auto,  maar ook feedforward. Wat moet ik me daarbij voorstellen?

"Feedforward nodigt de passagier uit om iets te doen. Stewart laat de passagier dan weten dat er interactie mogelijk is. Hij stelt een vraag en de passagier geeft antwoord. Hij wil bijvoorbeeld de auto harder laten rijden. Via feedforward kun je echter aangeven langzamer te willen rijden. Je kunt ook laten weten dat de auto moet blijven doorrijden in plaats van te gaan remmen. Met Stewart heb ik geprobeerd een dialoog tussen auto en mens te creëren. Inmiddels weet ik alleen niet of dat wel echt gaat werken. In de praktijk heb je namelijk niet veel tijd om zulke dialogen te houden." 

Wat zijn nou de belangrijkste verschillen tussen Stewart I en Stewart II? Is het prototype veel anders geworden dan het concept?

"Technisch gezien is Stewart II stukken beter dan Stewart I. De eerste versie van de controller kon eigenlijk alleen maar feedback geven. Versie twee kan feedback geven en tegelijkertijd de input lezen van de passagier. Dat is wel het lastigst om te maken. Moeilijk was ook de integratie van Stewart in een simulatiesysteem. Stewart II is ook wat kleiner en robuuster geworden. Hij is nu ook zo ontworpen dat je er makkelijk meerdere kunt namaken."

Stewart wordt een tactiel en haptisch systeem genoemd. Beide hebben met aanraking of bepaalde trileffecten te maken. Maar wat is precies het verschil?

"Tactiel wil zeggen dat je door aanraken iets kunt waarnemen. Door bijvoorbeeld een hendel aan te raken, leer je het object ontdekken. Je leert bijvoorbeeld uit wat voor textuur het object bestaat. Haptisch wordt het zodra Stewart gaat duwen tijdens het op en neer bewegen van de hendel en je de hendel ook zelf kunt terugduwen om iets duidelijk te kunnen maken."   

Haptische feedback wordt tegenwoordig gebruikt voor trackpads, smartwatches en zelfs printers. Heb je daar ook inspiratie uit geput voor Stewart?

"Nee, totaal niet. Ik ben van een generatie die met games opgroeide, waarvoor het gebruik van joysticks wat logischer is. Ik ben verder gewoon gaan kijken wat ik kon doen om het systeem te maken. Of wat het beste en makkelijkste was om te doen zonder dat je daarbij je ogen nog meer belast. Bij het rijden in een auto kijk je sowieso al heel erg veel."

Maken trillingen ook deel uit van de haptische feedback van je joystick?

"Er zitten wel trillingen in het systeem. Maar je hebt daar weinig aan bij een auto die rijdt. Die trilt al heel veel van zichzelf. Dan kun je er niet nog meer trillingen bij doen, want die voel je dan niet meer. Het gebruik van trileffecten in zo'n joystick in een auto is dus niet zo handig."

Wat zie jij als grootste nadeel van interactie of communicatie via tekst op een beeldscherm in vergelijking met haptische feedback?

"Beeldschermen zijn hartstikke tof. Het nadeel is alleen dat ze langzaam zijn. Je kunt een stuk tekst laten zien op een schermpje, maar als je met 100 km/u rijdt ben je dan vaak al te laat. We hebben handen, oren en een neus. Waarom zouden we dan alleen onze ogen gebruiken in een zelfrijdende auto als je ook dingen kunt laten voelen? Alsof je zes snelwegen hebt en je gebruikt er maar eentje. Zo'n cognitieve lading die dat geeft, kun je dus beter uitspreiden. Stewart kan heel snel reageren en geeft mensen het idee dat ze eerder iets voelen dan iets zien op de weg. Mijn ideale interface toont zowel informatie op een beeldscherm als dat deze de sensatie laat voelen van de intenties van de auto. Een nadeel van Stewart is ook dat de controller geen scherm heeft."

Met Stewart wil je ook de factor emotie terugbrengen in het autonoom rijden. Waarom vind je dat zo belangrijk? In het openbaar vervoer speelt emotie toch ook geen rol?

"Als alle mensen het openbaar vervoer zo leuk zouden vinden, kochten ze ook geen auto's meer. Maar dat is niet het geval. Naar mijn idee is rijden ook meer dan alleen van punt A naar punt B gaan. Autorijden heeft ook met emotie te maken. Niet iedereen wil op precies dezelfde manier van A naar B rijden. Mensen willen ook niet allemaal in dezelfde auto rijden, maar in auto's van verschillende merken en in verschillende typen auto's."

Audi en andere autofabrikanten willen de mens in zijn zelfrijdende auto's geheel onzichtbaar maken. Met jouw controller blijft de mens een deelnemer in het rijproces. Staat Stewart daarmee niet haaks op wat grote autofabrikanten voor ons in petto hebben?

"Ik weet niet wat autofabrikanten zeggen en wat ze doen. Dat verschilt nog wel eens. Veel fabrikanten zijn nu met een zelfrijdende auto bezig. Voorlopig gaat het alleen nog om: wie heeft de eerste? Maar waar het straks ook om gaat, is of de ervaringen met het rijden in zelfrijdende auto's ook goed zijn. Is dat niet zo, dan wil niemand zo'n ding. Mijn overtuiging is ook dat als je de mens niet meer bij het rijden betrekt, dit niet gaat werken. Misschien werkt het wel bij toekomstige generaties, maar zeker niet bij mensen die gewend zijn om zelf te rijden. Met Stewart laat ik daarom zien dat het ook anders kan. Een combinatie van mens en machine heeft ook meer potentie dan een systeem dat alleen werkt vanuit het perspectief van een machine."

Stewart is fysiek gezien nog een vrij fors interactiesysteem. Waarom is het niet nog compacter gemaakt?

"Stewart I was vrij groot, Stewart II al een stuk kleiner. Groot is echter helemaal niet zo erg. Zeker niet als het systeem in auto's zit. Je zit in een bewegend voertuig en hebt te maken met trillingen. Dan kun je best een wat grotere interface bouwen. Een controller als Stewart zal ook minder ergernissen opleveren dan touchscreens. Die laatste kun je in de auto namelijk niet altijd op de tast bedienen."

Wat voor hardware heb je allemaal gebruikt om Stewart te kunnen bouwen?

"Het conceptontwerp heb ik gebouwd met behulp van Arduino en een aantal van de allergoedkoopste servo's die ik heb kunnen vinden. Stewart I was ook niet zo moeilijk om te maken. Het was wel veel 3D-printen en lasercutten. De zwarte hendel bestaan geheel uit foam. Dat had vooral als doel om het geluid van de controller en de tandwieltjes daarin te kunnen dempen. Voor Stewart II heb ik wel meer geavanceerde en duurzame componenten gebruikt met meer functionaliteit."

Je hebt Stewart ook in de VS getest. Klopt dat?

"Klopt. Voor Stewart I heb ik alleen wat simpele testjes gedaan. Stewart II heb ik echter uitgebreid kunnen testen in een simulator. Voor het testen ben ik ook naar Silicon Valley geweest. Die kans kreeg ik van Renault, dat gehoord had over mijn Stewart-project. Op uitnodiging van Renault mocht ik naar Californië komen. Toen heb ik wel ontdekt dat Stewart nog wat limitaties had. Ik mocht verder rijden in zelfrijdende auto's, maar dan zonder Stewart erin. Tijdens het testen merkte ik echter dat er echt iets moest gebeuren qua interfaces. Autonoom rijden is anders heel saai."  

Je doel met Stewart was om mensen meer vertrouwen te geven in zelfrijdende auto's. Maar heb jij in de praktijk ook echt kunnen vaststellen dat dit het geval is door Stewart?

"Nee. Je ziet wel positieve effecten. Mensen lijken Stewart te vertrouwen. Maar, zoals ik al eerder zei, vertrouwen komt van meerdere factoren. Je kunt je veilig voelen omdat de auto groot en sterk is of omdat het verkeer om je heen heel veilig rijdt. Of Stewart ook echt dat vertrouwen geeft, kan ik niet met zekerheid zeggen."

Je won al twee prijzen met Stewart. Voor Stewart I kreeg je vorig jaar de Core77 Design Award. Met Stewart II won je afgelopen mei een prijs in de A' Design Award and Competition. Waren dat belangrijke prijzen?

"Ja, maar wel twee totaal verschillende prijzen. De eerste was een prijs van een bekende designcommunity voor jonge designers, die vaak ook nog student zijn. De tweede prijs was een commerciële prijs. Dus niet specifiek bedoeld voor jonge designers."

Gaat er nou van Stewart nog een derde versie komen?

"Nee, ik denk het niet. Stewart is nu klaar als project. Er komt dus geen derde versie meer. Met Stewart heb ik nu mijn punt gemaakt wat zelfrijdende auto's en passagiers betreft. Voor onderzoek naar interactiesystemen is het maken van de joystick ook erg waardevol geweest."

Momenteel werk je weer aan een nieuw soort interface voor zelfrijdende auto's. Wat wordt dat?

"Klopt. Ik werk aan een auto-interface die in de toekomst kan kijken. Een zelfrijdende auto kan dan op een schermpje tonen waar hij zich over tien seconden bevindt. Zo kun je de auto het pad laten tekenen dat hij gaat rijden. En kan de passagier al ruim van tevoren zien dat de auto van baan gaat veranderen. Ook hier is er weer een haptisch aspect aan de interface, die de passagier assistentie biedt bij het wijzigen van pad. Zo help ik bij het maken van keuzes in het verkeer en geef ik mensen weer het gevoel van vrijheid, vergelijkbaar met het zelf achter het stuur zitten. Precies wat ik ook met Stewart voor ogen had. Maar nu door echte samenwerking tussen auto en passagier en zonder dialoog."

Auteur

Laurens Lammers is freelance journalist en schrijft veel over internettechnologie, internetcultuur en beginnende internetbedrijven.