Kijken kunnen ze niet, maar toch vliegen deze Delftse drones nergens tegenaan, met hun snorharen en tastende vingers

Een collega valt haar om de nek, kust haar voorhoofd en overlaadt haar met complimenten. „En vanaf nu wat rustiger aan gaan doen hè”, spreekt ze haar met grote glimlach toe, en tegen de journalist: „Ze is zó goed, zo fijn, zo prettig om mee te werken. We zijn zo trots!”

Dat is een fijne maandagochtend voor universitair hoofddocent Salua Hamaza, directeur van het BioMorphic Intelligence Lab aan de TU Delft. Ze had zich juist net verontschuldigd omdat ze een paar minuten te laat was. Ze is net voor de tweede keer moeder geworden en dit was zo’n beruchte gebroken nacht die daarbij hoort. De complimentendouche in de gang van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek in Delft is dus wel zo fijn. „Dankjewel, we gaan het snel vieren”, stamelt ze.

En er valt iets te vieren: een week eerder ontving Hamaza de ERC Starting Grant, een beurs van 1,62 miljoen euro van de Europese Onderzoeksraad. Universitair hoofddocent Hamaza noemt het in haar kantoor in Delft een droom die uitkomt. „Het is de moeilijkste Europese beurs om te krijgen, zeker voor een enkel persoon.”

Delft is dé plek voor innovatie op dit gebied. Ook bij de technische universiteiten in Eindhoven en Enschede zoemen en kruipen er drones rond, zoals de ‘vliegende spier’ van de Universiteit Twente, en de Eindhovense ‘smarbles’ die in een zwerm van pingpongballetjes een rioolbuis kunnen inspecteren. Maar met het lab van Hamaza spant Delft de kroon, als het gaat om robots die iets doen wat voorheen aan de natuur was voorbehouden.

Hamaza gebruikt de beurs om verder onderzoek te doen naar drones die niet afhankelijk zijn van zicht. De meeste drones (vliegende robots) moeten iets kunnen zien om nergens tegen aan te knallen, maar zij wil het omkeren: drones die met aanraking de weg vinden. Dat biedt mogelijkheden. Denk aan met rook gevulde gebouwen, donkere tunnels en grotten, en zelfs stoffige lavatunnels op Mars, vertelt Hamaza. „Die kunnen veel vertellen over de geologische geschiedenis van de planeet, maar in het donker en met al het stof daar kun je er alleen in met een drone die zonder zicht kan bewegen.” Ze werkt hiervoor samen met Europese ruimtevaartorganisatie ESA, maar ook met het archeologisch bureau van het Vaticaan, omdat er ook interesse is in dit soort drones voor delicate of onbereikbare delen van archeologische vindplaatsen.

Hamaza werkt en werkte aan verschillende drones die autonoom, met AI-breintjes, hun weg weten te vinden op onconventionele manieren. Drones met supergevoelige snorharen bijvoorbeeld, geïnspireerd op ratten die op die manier hun weg weten te vinden uit complexe doolhoven. En een soort vliegende hand, die is geïnspireerd door vogels en de manier waarop die op de tast op een tak landen. Het toestel heeft drie vingers en rotortjes onderop die ’t laten vliegen. „De vingerkootjes hebben siliconen drukpunten, die zacht zijn en op elk soort oppervlak kunnen landen. En op al die kootjes zitten sensoren die iets kunnen voelen. Die voelen niet wát het precies is, maar doordat al die kootjes een sensor hebben kan de drone inschatten hoe groot het object is, in welke hoek en hoe het moet bewegen om het vast te grijpen.”

„Alles in mijn onderzoek begint met ontwerp. Ik wil eerst een heel mooi ontwerp, vaak geïnspireerd door de natuur, en met dat ontwerp kan ik de intelligentie en functie van de drone bedenken.” Het gedrag van de drone is een consequentie van het ontwerp, als het ware, en niet andersom. Zo is ze ook begonnen met de snorharendrone, en op het moment wordt er in haar lab gewerkt aan drones met eigenschappen van een octopus en een vogelbekdier. Haar werkwijze is het tegenovergestelde van hoe veel andere ingenieurs werken, met eerst een functie en dan pas de vorm. „Maar ik wil vormen maken die nieuwe dingen kunnen vanwege die vorm.” Overigens, benadrukt ze, wel met gedegen kennis van waar de ruimte is voor onderzoek dat nog niet is gedaan. „Ik weet heel goed wat er al mogelijk is, en dus ook wat nog niet is geprobeerd.”

Hamaza, geboren in de Italiaanse stad Bologna (1989), kwam naar Delft om haar master te halen. Na periodes aan universiteiten in Twente, Bristol, Sevilla en Imperial College London, keerde ze terug naar Delft als universitair docent. Sinds november is ze er hoofddocent en leidt ze het BioMorphic Intelligence Lab. In 2023 kreeg ze al een Veni-beurs van de NWO voor tastende drones, en in 2025 ontving ze van de Europese Commissie een Marie Curie Doctoral Network Grant-beurs.

Toen ze een jaar of tien geleden in Bristol wilde promoveren, begreep haar begeleider nog niets van haar pitch. „Ik wilde drones maken die niet meteen stuk gingen als ze ergens tegenaan vlogen, maar drones vlogen toen alleen maar een beetje rond en er was geen enkele interactie met hun omgeving. Ik wilde me bezighouden met drones die contact met iets konden maken, om bijvoorbeeld sensors aan een boom of muur te kunnen vastmaken.”

Geen gemakkelijke start, vertelt ze. En ook al lag ook in Delft eerst de focus erg op de juiste volgorde (wat moet hij kunnen, en dan pas: hoe moet het eruitzien?), daar kon ze haar creativiteit combineren met haar liefde voor flora en fauna. Een van haar meest in het oog springende ontwerpen staat voor ons op tafel: een zwart object zo groot als een LP op een standaard, en het lijkt nog het meest op een stealth vliegtuig. Maar het is veel onschuldiger: een vliegende eekhoorn, althans een drone die daarop is geïnspireerd – achter haar in de kast ligt een knuffeltje van het beestje. „Bij deze drone wisten we vooraf niet goed waar we aan begonnen. Ik wilde heel graag een drone die niet afhankelijk was van vleugels, maar die z’n hele lichaam kan aanpassen om te vliegen.” Ze lacht. „Het kostte mij wat tijd om mijn eigen studenten te overtuigen om de vliegende eekhoorn als uitgangspunt te nemen, want die vliegt natuurlijk niet echt, hij zweeft.”

Voor de eekhoorndrone moest haar team onderzoek doen dat biologen normaal gesproken doen, want goede studies naar de vluchtdynamiek van het beestje bestonden nog niet. „Onze onderzoeksvraag was daarom heel erg basic: hoe doen ze het? Hoe controleren ze hun vlucht, hoe manoeuvreren ze?” Ze keken uren video’s van de dieren, de enige bron die ze hadden, en gingen gewoon maar bouwen. En nu zij dit onderzoek doet, zijn ook biologen zeer geïnteresseerd. „We zijn nu bezig met verschillende onderzoekers in de biologie, die goeie video’s maken van eekhoornlandingen. Als we kunnen samenwerken en onze hypothese kunnen staven, dan heeft dat echt veel impact. Het is dan niet alleen robotica geïnspireerd door de natuur, maar het onderzoek wordt ook andersom geïnspireerd.”

De zwarte variant die voor haar staat is de zevende versie. Deze heeft acht motortjes die ervoor zorgen dat het hele lichaam, bedekt met een dun folie, tijdens de vlucht kan bewegen om in de lucht te blijven en bij te sturen. Het is een soort membraan dat in z’n geheel beweegt, net als zo’n eekhoorn, en zo stabieler kan blijven zweven en wendbaarder is dan de meeste drones.

Maar nu nog landen – daar wordt aan gewerkt. Hamaza: „Het is boeiend hoe ze zich tijdens het allerlaatste stukje van de vlucht gedragen, vlak voor ze verticaal neerstrijken tegen een boom. Hij zet z’n hoofd als het ware vast richting het doel en dat blijft zo terwijl zijn lichaam naar beneden kromt, om als een soort zeil af te remmen. En dat doet hij supersnel, en zo kan hij landen zonder zijn kleine pootjes te breken.”

En dan kan hij ook landen op Mars? Of zien we daar straks de rattendrones met snorharen? Ze lacht. „Ik kan nog niets zeggen over hoe dat project er precies uitziet. Maar met de beurs kan ik echt een sprong maken in de samenwerking met ESA.” Ja, ze weet dat ESA over een jaar of twee al een missie naar Mars heeft gepland (dan is het de bedoeling dat de Rosalind Franklin Mars Rover wordt gelanceerd), maar dat lijkt haar erg snel. „Ik weet niet of mijn drones zo snel al op Mars zullen zijn, maar ik wil wel graag de komende jaren laten zien wat er mogelijk is.”

DierendronesDe nieuwe volière

libelle, Odonata Delfly (TU Delft)

De Delfly is een klassieker onder de bio-drones: hij heeft flapperende vleugels, gemaakt van uitgerekt dun polyetheentereftalaat (een soort plastic). Het is een klein dronetje dat vliegt als een libelle, die in Delft (vandaar de naam) al sinds 2005 in ontwikkeling is en sindsdien steeds lichter zijn geworden, tot amper 3 gram. „Flappende vleugels die ergens tegen aanvliegen duwen zichzelf zachtjes weg, daar waar propellers juist aan de tip heel scherp bewegende snijdende delen hebben”, zegt Christophe de Wagter van de TU Delft. Handig voor drones die binnen moeten vliegen, dicht bij mensen of planten – bijvoorbeeld in een kas. Als ze gemaakt zijn van zacht materiaal duwen ze een vrucht zachtjes weg, in plaats van dat ze die stukmaken. „Zeker voor de allerkleinste drones is het aerodynamisch heel belangrijk. Op grotere schaal, zeg formaat roofvogels, worden er drones met flappende vleugels ingezet om bijvoorbeeld bij luchthavens andere vogels te verjagen.”

honingbij, Apis mellifera Bee-Nav (TU Delft)

De Bee-Nav navigeert met ogen, maar niet zoals mensen dat doen. Hij doet het zoals een bij, die z’n weg naar huis terug kan vinden zonder de route te leren kennen. Dat is interessant voor drones, want die wil je graag klein en licht houden en het helpt als er dan geen energieverslindende apparatuur in hoeft om te navigeren. Een bij schat in hoever ze van huis is met behulp van de beelden die langsschieten. Verre dingen bewegen heel snel, dingen die dichtbij zijn bewegen langzaam. De Bee-Nav, ontwikkeld door de TU Delft in samenwerking met biologen van de Wageningen Universiteit, leert die afstanden inschatten door middel van AI. „Ons idee is om deze drones in kassen in te zetten, om vroegtijdig ziektes of plagen te detecteren”, zegt Guido de Croon van de TU Delft, „En het kan ook buiten worden ingezet voor automatische inspectie van landbouwgebieden of van windmolenparken op zee.”

huisvlieg, Musca domestica RoboBee (Harvard)

Een beetje verwarrende naam, deze RoboBee van Harvard University, want de inspiratie voor dit kleine dronetje is een vlieg, geen bij. Maar de werking is wel bijachtig: deze minirobots, zo groot als een halve paperclip, werken in een zwerm. Het doel tijdens het ontwikkelen was het bestuiven van gewassen, maar volgens de onderzoekers kan er veel meer, zoals search & rescue en surveillance, ze moeten zelfs kunnen gaan zwemmen – het Amerikaanse ministerie van Defensie stak er niet voor niets al vroeg geld in.

vleermuis, Eptesicus fuscus Bat Bot (Caltech)

Hij ziet er een beetje uit als een zaklamp met vleermuisvleugels, de Bat Bot van California Institute of Technology (Caltech). Het bijzondere is het materiaal van de vleugels van deze drone: een siliconen membraan van amper de dikte van een haar, dat toch stevig is. In een video van Caltech demonstreert iemand het door met een pen in de dunne vleugel te duwen, die zo elastisch als een kauwgumbel blijkt, maar niet stukgaat. Daarmee kan de vleugel uitvouwen tijdens het vliegen door lucht op te vangen en los te laten, zoals een vleermuis dat doet.

plant, Plantae Plantoid (IIT)

De Plantoid van de Istituto Italiano di Tecnologia in Genua is niet geïnspireerd op fauna, maar op flora. En niet op een specifieke plant, maar op de manier waarop planten met hun wortels allerlei informatie uit de grond kunnen halen. Dat begon al met de Seedbot van ruimtevaartorganisatie ESA in 2007, die werd bedacht om het oppervlak van andere hemellichamen te kunnen onderzoeken. De Plantoid heeft geen centraal brein, maar heeft wortels die lopen naar een soort stammetje en informatie doorgeven over zwaartekracht, temperatuur, vocht maar ook stikstof, fosfor, kalium en meer, om op basis daarvan te bepalen of het goed is om verder te ‘groeien’. En ze groeien ook echt, doordat er met een kunststof draad steeds een stukje aan het uiteinde wordt bijgemaakt. Andere varianten van plantrobots kunnen bewegen door middel van osmose: de zachte ‘wortel’ zuigt water op en zwelt daardoor op.

slechtvalk, Falco peregrinus Robird (UTwente)

Hij ziet eruit als een slechtvalk, weegt net zoveel, haalt tachtig kilometer per uur, óók met tegenwind (tot windkracht 5) en hij beweegt z’n vleugels precies zoals die vogel. Maar het is een robot, gemaakt door de Universiteit Twente. Het commercieel uitbaten van het beest om bijvoorbeeld vogels bij luchthavens mee weg te jagen is mislukt, want na het faillissement van het bedrijfje dat de universiteit ervoor oprichtte, bleef een verlies van 3,5 miljoen euro over (volgens de directie mede door de coronacrisis). Maar na een doorstart onder Canadese vlag, vliegen er Robobirds op plantages in Canada en Australië en op de luchthaven van Istanbul. En op theoretisch gebied blijven de onderzoekers in Twente met het onderwerp bezig.

Kies NRC als voorkeursbron