Als sensortechnologie niet op dezelfde exponentiële voet zou meegroeien met de rekenkracht, zouden we niet ten volle kunnen profiteren van de mogelijkheden die kunstmatige intelligentie biedt. Dat stelt TUE-fellow Carlo van de Weijer. Want zonder accurate, liefst realtime, data valt de ongeconditioneerde buitenwereld voor AI niet te vatten. In die zin is de integratie van sensoren in het AI-tijdperk waarin we zitten, vele malen belangrijker dan de kwaliteit van actuatoren.

Ook Carlo van de Weijer ziet het gebeuren: de hype rondom artificial intelligence. ‘Sommige start-ups zeggen alleen maar dat ze aan AI doen om meer geld te kunnen ophalen.’ De directeur van het Eindhoven AI Systems Institute (EAISI) aan de Technische Universiteit Eindhoven vergelijkt de situatie met hoe er een jaar of dertig geleden gekeken werd naar internet. ‘Iedereen riep dat je het internet op moest, maar niemand wist precies hoe en wat, en dus gebeurde er in de praktijk niet veel. Inmiddels weten we hoe ingrijpend die technologie is geweest. Waarom we nu zoveel over AI praten, is omdat we zien aankomen dat machines binnen afzienbare tijd slimmer worden dan wijzelf. We moeten ermee aan de slag.’

Van de Weijer onderbouwt dat statement met drie argumenten. ‘Om te beginnen stopt de technologische ontwikkeling, en daarmee de groei van de rekenkracht, niet. Er is geen enkel reden waarom die ontwikkeling zou stoppen’, aldus Van de Weijer.

Zak met algoritmes

De tweede reden is dat de ontwikkeling van AI niet ophoudt bij de menselijke intelligentie. ‘Onze hersens zijn beperkt tot één hersenpan met een kloksnelheid die een miljoen keer lager ligt’, legt Van de Weijer uit. ‘Als we samenwerken met machines, zijn we intelligenter en kunnen we het moment nog even uitstellen dat computers de menselijke rekenkracht voorbij gaan. Maar de mens is uitgeëvolueerd; machines niet.’

Hebben mensen dan geen voorsprong omdat ze bewustzijn, karakter, humor of een ziel hebben? Die vraag brengt Van de Weijer bij zijn derde argument: ‘Je krijgt dan een filosofische discussie. Kan een machine ooit van een stukje chocola genieten? Wij kunnen dat maar is dat ook niet gewoon zo omdat we hebben geleerd dat chocola ons energie geeft? Ik geef toe, het is niet de meest romantische manier om naar een mens te kijken, maar zijn we in feite ook niet meer dan een zak met algoritmes? Mocht er al een verschil zijn tussen het menselijke bewustzijn en AI dan denk ik niet dat dat ons nog een voorsprong gaat geven.’

Wat is intelligentie?

Hoe lang het nog duurt voordat AI de menselijke intelligentie voorbijgaat – ook wel het singularity point genoemd – daar zijn wetenschappers het niet helemaal over eens. De bekende futurist Ray Kurzweil stelt in zijn boek ‘The Singularity Is Nearer’ (2024) dat we dat punt al in 2029 zullen bereiken. Anderen houden het op ergens rond 2055-2060. ‘Er zijn in ieder geval maar heel weinig wetenschappers die nog zeggen dat het nooit gaat gebeuren’, weet Van de Weijer die gelijk benadrukt dat AI al veel eerder enorme impact kan hebben. ‘Dat zien we nu al.’

Om het niveau van kunstmatige intelligentie goed te kunnen categoriseren, moeten we eerst intelligentie definiëren. Van de Weijer gebruikt graag de omschrijving van de Amerikaanse psychologen Robert Sternberg en William Salter. ‘Zij duiden intelligentie als “goal-directed adaptive behaviour”. Bij klassieke automatisering begin je met de input. Daar laat je een programma op los en dan krijg je je output. Veel dingen die AI worden genoemd, zijn feitelijk niet meer dan dat. Voor mij is iets pas echt artificial intelligence als je de input geeft, de output definieert, en je de machine zelf laat bepalen hoe hij daar komt. Als de output niet voldoet, kan echte AI het programma aanpassen, net zo lang tot de output wel klopt.’

Sensoren cruciaal voor AI

Voor Van de Weijer is er nog een belangrijke reden waarom de aandacht voor AI de laatste jaren zo ontploft, en dat is sensoriek. ‘Rekenkracht ontwikkelt zich exponentieel. Als iets zich exponentieel ontwikkelt, onderschatten mensen het altijd omdat we lineaire denkers zijn’, begint hij zijn uitleg. ‘Veel systemen kun je terugbrengen tot een sensor die iets meet, wat rekencapaciteit of een beetje verstand die op basis van de gemeten data een conclusie trekt en vervolgens een opdracht geeft aan een actuator. Daar overheen zit een feedbackloop om te beoordelen of de actie inderdaad zorgt voor een betere meting. Zo itereert een systeem naar de goede uitkomst.’

Natuurlijk worden actuatoren beter, geeft Van de Weijer toe. ‘Elektromotoren, zuigers, hydraulische systemen, noem maar op, elk jaar gaan de prestaties van dergelijke componenten omhoog. Maar die ontwikkeling gaat lineair, niet exponentieel.’ Dat in tegenstelling tot sensoren, betoogt Van de Weijer: ‘Die liften mee op de Wet van Moore, net als de beschikbare rekencapaciteit. Kijk naar camera’s, lasers, lidars. Dat soort technologieën begint allemaal heel duur maar wordt verschrikkelijk snel kleiner. En vooral veel goedkoper. Op een gegeven moment gaat het zelfs on-chip. Het gaat enorm snel.’

EAISI-directeur Carlo van de Weijer: ‘Ga experimenteren met AI; je zult er vrijwel zeker productiever van worden.’ Foto: Bart van Overbeeke

Blame it on the sensors

Dat de ontwikkeling van sensoren veel sneller gaat dan die van actuatoren, is goed nieuws voor AI, vindt Van de Weijer. Ter verduidelijking geeft hij een voorbeeld: ‘Probeer maar eens met een blinddoek op auto te rijden. Dat gaat niet werken. Als de stuurinrichting echter niet helemaal goed werkt, kun je nog steeds allerlei dingen ontwijken. Zo lang je maar de goede data binnenkrijgt, valt er nog wat op te lossen. Zonder data, of met de verkeerde data, heb je een serieus probleem.’

Sensoren zijn dus hoofdrolspelers in de ontwikkeling van AI. Met alleen exponentieel groeiende rekenkracht zou het lang niet zo hard gaan, stelt Van de Weijer. Maar omdat sensortechnologie zich ook exponentieel ontwikkelt en sensoren steeds meer en beter worden geïntegreerd, blijven AI-algoritmes de juiste – en voldoende – data ontvangen, waardoor de intelligentie zich ook echt exponentieel kan blijven ontwikkelen.

Ongeconditioneerde wereld

Artificial intelligence stelt voorwaarden aan de data die het via sensoren binnenkrijgt. Maar wat die voorwaarden precies zijn, is erg onvoorspelbaar. ‘Als sensorleverancier en -integrator zul je daar adequaat en slagvaardig mee om moeten gaan’, aldus Van de Weijer. ‘Je kunt de wereld niet voorspelbaar maken. Voor AI zou dat fijn zijn, want kunstmatige intelligentie functioneert vooral goed in een geconditioneerde wereld. Maar ja, dan moet je dus overal verkeerslichten neerzetten, het weer reguleren, noem maar op, dat gaat natuurlijk niet. Je kunt AI alleen in de ongeconditioneerde, werkelijke wereld laten werken als je realtime de condities van die wereld weet. Dat is de essentie.’ En daarvoor zijn goed geïntegreerde sensoren nodig.

Ga experimenteren

Zoals gezegd, vindt zelfs AI-evangelist Van de Weijer dat er soms wel heel veel gouden bergen worden beloofd als het om AI gaat. ‘Ik geloof niet dat artificial intelligence de mens gaat vervangen. Maar ik denk wel dat de mensen die met AI werken de mensen gaan vervangen die niet met AI werken. Want AI maakt je structureel veel productiever. Die effectiviteitsslag hebben we nodig om de welvaartsgroei door te laten gaan.’

De EAISI-directeur is er daarom geen voorstander van om het gebruik van bijvoorbeeld ChatGPT op scholen te verbieden. Sterker nog, hij roept iedereen op om toch vooral met AI-tools aan de slag te gaan. ‘Vraag ChatGPT maar eens welke tools er voor jouw vakgebied interessant kunnen zijn’, glimlacht hij. ‘En ga experimenteren. Je zult er vrijwel zeker productiever van worden. Mensen onderscheiden zich van andere dieren omdat wij tools gebruiken en die met elkaar delen en verder ontwikkelen en verbeteren. Tot nu toe waren dat hulpmiddelen die onze armen of benen ondersteunden, maar met AI zijn we aanbeland bij de tools die onze hersens helpen. Dat is een ontwikkeling die niet te stoppen valt, dus je moet er maar het beste van maken. Met sensoren als een fundamenteel onderdeel.’

Ontdek de zes niveaus van sensorintegratie: een blik op de toekomst

De ontwikkeling van AI gaat hand in hand met vooruitgang in sensortechnologie. Sensoren leveren de cruciale data die AI-algoritmes voeden, maar zonder slimme integratie kunnen we deze technologieën niet optimaal benutten.

Wil je meer weten over de trends en uitdagingen in sensorintegratie? Lees dan ons blog over de toekomst van sensorintegratie, waarin onze experts de zes niveaus van integratie bespreken en uitleggen hoe deze bijdragen aan innovatie.

Bij de integratie van absolute encoders zoek je als OEM of machinebouwer de grenzen van catalogusproducten op. Helaas blijken die off-the-shelf componenten vaak niet geschikt voor jouw toepassing. Ze zijn bijvoorbeeld te groot, te zwaar of hebben de verkeerde bouwvorm. Sensorfabrikanten zijn zich hiervan bewust. Én spelen in op deze behoefte.

Steeds vaker vormen de beschikbare features in zo’n component het struikelpunt. Dan zitten er mogelijkheden in waarop ontwikkelaars helemaal niet zitten te wachten, terwijl de functionaliteit die het verschil kan maken juist ontbreekt.

Sensorfabrikanten spelen op deze trend in. Zij brengen uitgeklede varianten van hun producten op de markt. Ze gaan terug naar de basis van hun oplossingen. De functionaliteit van de sensoren blijft stevig overeind, maar de rest van de features is geschrapt. Kale elektronica dus.

Een machineontwikkelaar of sensorintegrator kan daar naar eigen wens en inzicht een schil omheen bouwen. Zo’n component vraagt meer aandacht qua integratie. Maar dan is hij ook perfect op maat gesneden voor de applicatie. Het resultaat is compacter en lichter, wat interessant is op plekken waar de ruimte beperkt is of massa een belangrijke rol speelt.

Een onderdeel dat eerder bijvoorbeeld alleen in een robuuste aluminium behuizing verkrijgbaar was, is nu dan ook beschikbaar in een gestripte variant. Zo’n uitgeklede sensor bestaat uit een kleine printplaat of zelfs een enkel component dat de gebruiker zelf op een printplaat kan plaatsen. De complete functionaliteit blijft behouden, terwijl alle randzaken weg zijn waardoor zo’n versie de basis kan vormen voor heel veel nevenapplicaties.

Celera Motion lanceerde een reeks absolute optische encoders waarbij het draait om flexibiliteit. De Aura-chipencoders zijn gestript van alle randzaken zonder dat het ten kosten gaat van de slimmigheid van de sensoren. Gebruikers kunnen zelf kiezen welke features ze willen toevoegen en de encoder zo volledig op maat maken voor hun specifieke toepassing.

Makkelijk integreerbare absolute encoder door minimalistisch ontwerp

Een goed voorbeeld van deze ontwikkeling is de Aura-encoderlijn van Celera Motion. De varianten in deze serie van absolute optische encoders hebben allemaal een minimalistisch ontwerp. “Het zijn chipencoders, PCB-componenten die je zelf in je eigen ontwerp kunt integreren”, zegt Rob Kuijpers, Product Manager bij Sentech. “Voor OEM’s is dat heel interessant omdat ze er alle kanten mee op kunnen. Ze moeten er weliswaar meer voor doen. Maar ze kunnen het precies zo implementeren als ze zelf willen waardoor ze het encodersysteem zo kunnen opbouwen dat het precies aansluit bij hun specifieke toepassing.”

De Aura-encoders zijn zeer geschikt voor applicaties in onder meer de hightechmarkt, high-end robotica en pick-and-place-machines. “Denk aan toepassingen waarin de sensor superklein moet zijn of waar de massa van groot belang is zoals wanneer hij in een end-effector komt te zitten”, verduidelijkt Kuijpers. “En het gaat om situaties waar optische encoders worden gevraagd die zeer precies een absolute positiewaarde teruggeven.”

Optische miniatuur encoder

De Aura’s zijn niet de eerste absolute optische encoders op de markt. Bestaande oplossingen zijn beduidend groter en duurder. De chipencoders van Celera Motion zijn heel klein (9 bij 7 bij 1,1 mm), vederlicht (zo’n anderhalve gram) en een heel stuk goedkoper.

Let op dat de encoders vanwege hun optische karakter het meest tot hun recht komen in omgevingen die relatief schoon zijn. Vuil en vocht zijn namelijk funest voor de uiterst precieze meting.

Hoe groot is zo’n chipencoder nou echt? Deze Aura-chipencoder is 9 bij 7 bij 1,1 mm. Zo zijn de verhoudingen vergeleken met een USB-C connector. 

Absolute positiewaarde

De Aura-encoders werken met LED als lichtbron. Het licht van de LED in de Aura is blauw en dat is bewust gekozen. Hoe korter de golflengte, hoe kleiner de details die je ermee kunt onderscheiden. Dat maakt dat deze absolute optische encoders van Celera Motion dus beter presteren.

De bundel valt op een patroon van chroomstreepjes die zijn gedeponeerd op glas. De reflectie van het licht op al die streepjes geeft een diffractiepatroon die je met een ontvanger kunt uitlezen. “In de Aura-encoders zitten twee van die streepjespatronen”, weet Kuijpers. “De ene is keurig repeterend, de andere semi-random. Door de twee diffractiepatronen te combineren, kan het systeem een absolute positiewaarde berekenen.”

Hoe nauwkeurig zijn Aura encoders?

Hoe goed de Aura-encoders precies zijn, is niet in één getal uit te drukken. Meestal wordt gekeken naar drie belangrijke specificaties: absolute nauwkeurigheid, herhaalnauwkeurigheid en resolutie.

Absolute nauwkeurigheid

“Die eerste spec wordt bepaald door de liniaal die je gebruikt”, vertelt Kuijpers. Celera Motion heeft gekozen voor een glass scale met een nauwkeurigheid van +/- 3 µm per meter. De fabrikant sleutelt aan een variant op basis van een metal tape scale. Dat is met +/- 5 µm per meter iets minder nauwkeurig, maar heel wat goedkoper en dus interessant voor toepassingen die niet het onderste uit de kan hoeven te halen voor wat betreft de absolute nauwkeurigheid.”

Herhaalnauwkeurigheid

De herhaalnauwkeurigheid van de Aura-encoders is volgens de spec sheet 1 LSB, wat staat voor least significant bit. Kuijpers legt uit: “De waarde hangt af van de resolutie van de encoder. In dit geval komt de herhaalnauwkeurigheid dus overeen met de kleinste resolutiestap.”

Resolutie

Celera Motion geeft voor de resolutie van de Aura’s een waarde tussen de 12,5 en 200 nanometer. Kuijpers: “Een resolutie van kleiner dan een micrometer haal je in ieder geval. Een groot voordeel van de Aura-encoders is bovendien dat ze heel snel zijn. Je kunt dus snel samplen, waardoor je zonder al te veel negatieve bijwerkingen kunt middelen over meerdere metingen om zo de resolutie te verbeteren.”

Nieuwe kijk op integratie

De integratie van de Aura-encoders heeft meer voeten in de aarde dan bij een standaard sensor. “Het vraagt om een nieuwe kijk op integratie. Die aanpak past goed bij onze manier van werken, waarin we samen met onze klanten naar de beste implementatie en aansluiting toewerken”, stelt Kuijpers. “In overleg kijken we welke variaties, features en bekabeling we toevoegen. Die ultieme flexibiliteit opent heel wat deuren.”

Stappenplan: hoe integreer je een absolute encoder?

Er komt heel wat kijken bij een sensorintegratie, zoals een absolute encoder. Hoe vind jij het overzicht? En hoe zorg je voor het compromis tussen kwaliteit, prijs en doorlooptijd?

We maken het jou makkelijk. Want de bewezen werkwijze voor sensorintegratie vind je in onze handige infographic. Wist je dat deze werkwijze is gebaseerd op de hoge kwaliteitsnormen uit de automotive branche?

Wacht niet langer en download deze infographic. In 5 fases bewandel je de weg naar jouw eigen sensorintegratie.

Sentech werkt technologie-onafhankelijk. De klantvraag bepaalt welke sensortechnologie het beste past. Daarom selecteren we onze technologiepartners zorgvuldig: op kwaliteit, roadmap en continuïteit.

Met deze stap combineren we onze integratiekennis met de technologie van Baumer. Zo ondersteunen we machinebouwers, OEM’s en hightech‑bedrijven in de Benelux bij het sneller, slimmer en betrouwbaarder ontwikkelen van hun systemen.

Baumer voldoet aan die standaard. We hebben Baumer toegevoegd aan ons technologieportfolio, een internationaal gerespecteerde fabrikant van sensoren, encoders en meetsystemen voor automatisering en machinebouw. Vanaf nu kunnen we Baumer-technologie inzetten waar die de beste oplossing biedt voor uw applicatie.

Wat dit betekent voor onze klanten?

Baumer vergroot ons technologische speelveld. Met Baumer kunnen we een betere keuze aanbieden, toegepast op jouw toepassing, de omgeving en lifecycle-eisen. Onze aanpak verandert niet: we starten bij de  applicatie, selecteren de beste technologie en bouwen de oplossing volledig in eigen huis: van engineering en (maatwerk)assemblage tot validatie en doorlopende supply.
Doordat componentkeuze en integratie vanaf het begin technisch op elkaar zijn afgestemd, voorkom je onnodige testcycli en herontwerp. Dat scheelt tijd in je ontwikkeltraject en helpt om je planning haalbaar te houden.

Wat Baumer toevoegt

Baumer staat bekend om hoogwaardige sensortechnologie voor veeleisende omgevingen: van positionering en detectie tot nauwkeurige meting. Die technologie zetten we in waar die past: als onderdeel van een bredere oplossing, afgestemd op jouw systeem.

Egbert Stellinga, Product Manager, Sentech

Met Baumer breiden we ons technologisch speelveld uit. Niet omdat we een nieuw merk willen voeren, maar omdat Baumer in bepaalde toepassingen de beste keuze is voor onze klanten. Dat past precies bij hoe wij werken: de klantvraag bepaalt de technologie.

Overweeg je Baumer in je machine-ontwerp?

Werk je aan een nieuwe machine of optimaliseer je een bestaande toepassing? Dan denken we graag met je mee of Baumer de juiste keuze is, en hoe we die het beste kunnen integreren in jouw systeem.

Neem gerust contact met ons op.

Ontwikkelen begint met de juiste keuzes, en dat kan al vanaf de werkbank. De EVL Evaluation Encoder van Netzer is een configureerbare ontwikkeltool waarmee engineers al vroeg in het proces inzicht krijgen in prestaties, protocollen en integratie. Zo test je eenvoudig of een encoder past in jouw systeem voordat je verder bouwt.

De EVL is een praktische ontwikkeltool, ontworpen voor snelle systeemintegratie en optimalisatie in de vroege fase. Zo zijn de resolutie, het protocol (BISS-C of SSI) configureerbaar. De EVL werkt met een software matige multiturn-teller en ingebouwde tests (BIT). Zo krijg je direct inzicht in prestaties en integratie, gewoon vanaf je werkbank.

Dat maakt de EVL geschikt vooronder andere robotica, aerospace-actuatoren en industriële automatisering.

Compleet en direct inzetbaar

De EVL wordt geleverd in de bekende VL-encoderbehuizing (Ø13–247 mm), inclusief voorgemonteerde kabel en D-sub connector. Met de Encoder Explorer-software heb je toegang tot alle parameters en diagnostiek, zoals:

• Limits View voor het inzichtelijk maken van grenswaarden
• Map View voor gedrag van protocollen en integratie-effecten

Meer weten of ermee aan de slag?

Wil je weten of de EVL-encoder past bij jouw toepassing, of meteen sparren over integratie in je prototype? Neem contact met ons op. We denken met je mee over configuratie, keuzes in het ontwikkelproces en een soepele integratie van de EVL in jouw systeem.

In meetuitdagingen waar driedimensionale omgevingsperceptie nodig is, denk aan navigatie, objectdetectie of omgevingsbewaking, is lidar vaak de meest geschikte technologie. 

We hebben Ouster toegevoegd aan ons technologieportfolio, een gerespecteerde producent van digitale lidar-sensoren voor industriële automatisering, robotica, mobiliteit en slimme infrastructuur. 

Sentech werkt technologie-onafhankelijk: de applicatie bepaalt welke sensor het beste past, en onze technologiepartners selecteren we op kwaliteit, roadmap en continuïteit. Ouster voldoet aan die standaard.

Wanneer is lidar de juiste keuze?

Lidar is relevant wanneer nauwkeurige 3D-data nodig is in dynamische of complexe omgevingen. Denk aan AGV’s en mobiele robots die veilig moeten navigeren, machineveiligheid waarbij objecten op korte afstand betrouwbaar gedetecteerd moeten worden, of infrastructuurmonitoring waarbij een volledig ruimtelijk beeld nodig is.

De digitale architectuur van Ouster onderscheidt zich op een aantal punten die voor engineers praktisch relevant zijn:

• Hoge resolutie 3D-beeldvorming, bruikbaar voor objectdetectie en navigatie, ook op korte afstanden.
• Robuuste prestaties in uitdagende omstandigheden zoals regen, stof, trillingen of wisselende lichtcondities.
• Modulair platform, dezelfde sensoren zijn inzetbaar in verschillende toepassingen, zonder steeds opnieuw aanpassingen te hoeven doen.
• Gestandaardiseerde interfaces en SDK’s die helpen om snel te prototypen of een bestaande machine te upgraden.
  

Deze 3D-puntenwolk is gegenereerd door een lidar en laat duizenden meetpunten zien die samen een 3D-beeld van de omgeving vormen. Hiermee kunnen machines objecten herkennen en veilig navigeren.

Onze aanpak verandert niet

Ouster vergroot ons technologische speelveld. We starten altijd bij jouw applicatie: wat is de meetuitdaging, wat zijn de omgevingseisen, en wat is de beste technologische keuze? Soms is dat lidar. Soms radar, vision of een andere sensortechnologie. Wij selecteren en bouwen de oplossing volledig in eigen huis: van engineering en (maatwerk)assemblage tot validatie en supplychain management.

“Ouster bouwt lidar-sensoren die presteren waar het erop aankomt: in complexe omgevingen, over langere tijd, in uiteenlopende toepassingen. Dat sluit aan op wat onze klanten van ons verwachten, en op wat wij van onze technologiepartners verwachten.”

Egbert Stellinga – Product Manager, Sentech

Benieuwd of lidar past in jouw toepassing?

Werk je aan een machine of systeem waarbij 3D-omgevingsperceptie een rol speelt? Dan denken we graag met je mee of Ouster de juiste keuze is, hoe die integreert in jouw systeem, en wat dat betekent voor je ontwikkeltraject.

Neem dan gerust contact met ons op. 

In de wereld van moderne technologie is sensorintegratie een sleutel tot innovatie. Steeds vaker worden sensoren als kale chips geleverd, wat fabrikanten de flexibiliteit biedt om deze componenten op grote schaal te produceren. Maar de uitdaging ligt in de verdere integratie: van eenvoudige behuizingen tot complexe, op maat gemaakte modules voor specifieke toepassingen.

Egbert Stellinga (Product Marketing Manager) en Rob Kuijpers (Product Manager) vertellen over de zes niveaus van sensorintegratie, variërend van kale chip tot volledig geïntegreerde module. Door de groeiende behoefte aan compacte, nauwkeurige oplossingen wordt sensorintegratie steeds belangrijker voor efficiënte en innovatieve technologische ontwikkelingen. 

Lees het volledige artikel op de website van High-Tech Systems…

Dit artikel verscheen in High-Tech Systems en is geschreven door Hans van Eerden