Mischa Brendel
Wat begon als een voorloper van de fitnesstracker is tegenwoordig een systeem dat onder meer in Hollywood-blockbusters wordt gebruikt voor oogverblindende en realistische special effects. UT-spinoff Xsens is inmiddels uitgegroeid tot een speler van wereldformaat en groeit nog steeds. TW mocht op bezoek bij de ontwikkelaar van bewegingssensoren.
Het is een druilerige dinsdagochtend wanneer ik in het pand van Xsens binnenstap, nabij station Enschede Kennispark. Ik ben hier op uitnodiging om een speciaal pak te proberen, een zogenoemd MVN suit. Een pak zoals ze dragen voor de productie van Hollywoodfilms met daarin geanimeerde karakters.
Bij binnenkomst word ik begroet door een grote pop, maar al snel komt er ook een echt persoon aan lopen. Hij stelt zich voor als Remco Sikkema, de senior marketing manager van het bedrijf. Met een kop koffie in de hand lopen we de trap op, waar een ruimte speciaal is gereserveerd voor dit interview mét een heus passen en uitproberen van het sensorpak. ‘Xsens bestaat sinds 2000 en is begonnen als spin-off van de Universiteit Twente’, vertelt Sikkema wanneer we zijn gaan zitten. De twee oorspronkelijke oprichters – die beide inmiddels vertrokken zijn – hadden een bewegingssensor ontwikkeld voor sportschoenen, zodat een gebruiker kon bijhouden waar hij had gelopen, hoeveel stappen er waren gezet en hoe snel hij had gelopen. Sikkema: ‘Let wel, we hebben het hier over 2000. Ze probeerden hun idee te slijten aan grote sportbedrijven, maar die waren er toen nog niet klaar voor.’ Het duo veranderde de focus en richtte zich op machines.
‘Denk aan boten, vliegtuigen, voertuigen, maar ook robots; als het maar beweegt’, aldus de inmiddels ook aangeschoven Arnout Koelewijn, product manager inertial sensor modules. De sensoren die Xsens levert bevatten een gyroscoop, een accelerometer en een magnetometer. Elk instrument meet over de x-, de y- en de z-as, zodat er in totaal negen assen worden gemeten. Het gaat om snelheid, oriëntatie en het magnetisch veld van de aarde (als kompas). Koelewijn legt enkele verschillende modules op tafel, waarbij de kleinste zo’n 1 x 1 x 0,1 cm meet; een grotere versie is circa 5 bij 3 bij 2 cm groot. Koelewijn: ‘De grotere exemplaren kunnen nauwkeuriger meten. De kleinste versie heeft een nauwkeurigheid tot 0,5 graad; de grotere tot 0,2 graad. Er zijn tal van toepassingen mogelijk. Neem een UAV. Die kan met behulp van een gps-sensor wel simpel van A naar B vliegen, maar als er bijvoorbeeld zijwind komt opzetten, dan wordt het een ingewikkelder verhaal. Met onze sensor is dan echter vast te stellen wat de afwijking van de UAV is, bijvoorbeeld omdat deze schuin komt te hangen door de wind. En daar kan dan voor gecompenseerd worden.’ Hij noemt nog diverse andere toepassingen voor de sensor, zoals de lidar van een autonome auto: ‘Als zo’n auto over een verkeersdrempel rijdt, dan kijkt hij even naar boven. Onze sensor registreert dat dit gebeurt en de software van de auto kan dan beslissen even niets met de lidar-data te doen.’ Ook het Solar Team Twente gebruikte voor de World Solar Challenge sensoren van Xsens, net als het Delftse studententeam DARE bij het bouwen van zijn raket.
Het zijn echter niet alleen machines die uitgerust worden met de sensoren van Xsens. ‘De eerste zes jaar heeft het bedrijf zich gericht op deze technologie’, zegt Sikkema. ‘Daarna zijn we gaan uitbreiden naar het menselijk lichaam.’ Op dat gebied is Stefan Beuker de expert. Bij binnenkomst heeft hij een krachtige laptop en een koffertje bij zich. Beuker, product specialist team lead, houdt zich bezig met MVN suits voor de entertainmentindustrie. ‘We begonnen met onze sensoren in te zetten voor biomechanische modellen en toepassingen, maar daar kwam de entertainmentindustrie bij.’ De Xsens MVN Animate is een pak dat nauw om het lichaam past en waarop zeventien sensoren worden geplakt die de bewegingen van de drager extreem nauwkeurig volgen en deze data in real-time doorsturen. Die sensoren haalt Beuker uit het koffertje dat hij heeft meegenomen. Er zijn zowel draadloze sensoren als sensoren met bedrading. In het koffertje zit de draadloze variant. Het voordeel van bedrade sensoren is dat alle gegevens worden verzameld door een centraal kastje, wat de bodypack wordt genoemd. Dit station stuurt via wifi vervolgens alle data naar een computer.
Ik word uitgerust met de draadloze sensoren. Nadat ik in een strak vestje ben gehesen worden er op mijn armen, benen, handen, voeten, schouders, bekken en hoofd sensoren aangebracht. ‘Hierbij proberen we altijd zo dicht mogelijk op het bot te zitten’, licht Beuker toe. ‘De huid beweegt altijd iets en dat registreren de sensoren ook. Dat noemen we skin artifacts en dat zijn bewegingen die we eigenlijk niet willen registreren, al kunnen we dit soort bewegingen er achteraf tegenwoordig prima uitfilteren.’
De sensoren zijn in enkele minuten aangebracht en, na een paar keer heen en weer lopen, gekalibreerd. Op het computerscherm en een groot scherm aan de muur volgt een virtueel poppetje exact mijn bewegingen. Beuker: ‘Een voordeel is dat ons systeem niet vastzit aan een locatie. Je kunt rustig naar buiten gaan of waar je maar wilt. De sensoren hebben een draadloos bereik tot 150 m.’
Hoewel Xsens officieel niet altijd weet heeft van de toepassingen van zijn sensoren in de filmwereld – het zijn de klanten van Xsens die hun producten aan filmmaatschappijen verkopen – kan er met zekerheid worden gezegd dat de pakken in het merendeel van de blockbusters die CGI-technieken inzetten worden gebruikt. Recente voorbeelden zijn Black Panther en Avengers: Infinity War. Maar ook voor het computerspel Fallout 76 zijn de technologieën van Xsens gebruikt.
Het resultaat is verbluffend: het poppetje op het computerscherm imiteert niet simpelweg mijn bewegingen; het neemt mijn hele loopstijl over. Sikkema: ‘Het is bij collega’s zelfs zo dat ze aan de hand van het loopje van het computermodel kunnen zien om wiens data het gaat.’ Dat geloof ik graag: ik herken al mijn arm- en beenbewegingen in het computermodel dat ik voor mij zie. Het is alsof je in een virtuele spiegel kijkt.
Beuker: ‘Het is verbluffend voor welke toepassingen onze sensoren gebruikt kunnen worden. Zo heeft Cambridge University ontdekt dat ze als leugendetector zijn in te zetten.’ Blijkbaar maken mensen als ze liegen net iets andere bewegingen met hun lichaam. Doorgaans te klein om met het blote oog waar te nemen, maar zeer merkbaar voor de sensoren. Sikkema: ‘Een traditionele leugendetector heeft een betrouwbaarheid van circa 60 %; in de Cambridge-proeven schroeven onze sensoren die betrouwbaarheid op tot zo’n 80 %.’
Lees verder onder de foto
(copyright: Xsens)
Ook in de live-entertainmentindustrie is het sensorenpak een succes, vertelt Beuker: ‘Het Royal Shakespeare Theatre heeft een pak gebruikt in hun voorstelling van The Tempest, waarbij er door een van de acteurs live een levensgroot hologram van een spook werd geprojecteerd. En in Osaka in Japan projecteerde de organisatie tijdens een Pokémon-event hele grote hologrammen van deze beesten op het podium. De acteurs zelf stonden achter de schermen en zagen het publiek op monitoren, zodat ze wel konden interacteren met het publiek, maar dat deden ze via de hologrammen.’
Toch zijn de sensoren veel meer dan entertainment: de Xsens MVN Analyze wordt ingezet om data te verzamelen, vertelt Bart van Keimpema, werkzaam op de afdeling business development. ‘We zetten het fullbody-systeem in om data van sporters te verzamelen, maar ook in de ergonomie, biomechanica, de klinische wereld, voor revalidatie en voor mens-robot-interacties.’ Bij die laatste kun je denken aan autofabrieken waarbij werknemers onderdelen moeten pakken en monteren en moeten samenwerken met bijvoorbeeld robotarmen. Een autofabrikant wil nog voordat er begonnen wordt met de bouw van een nieuwe fabriek weten of een bepaalde inrichting zo optimaal mogelijk is voor de werknemers in de fabriek. Met de data van Xsens kan dit al in een virtuele omgeving worden getest. Dat scheelt de autofabrikant enorm in de kosten.
De biomechanica was het startpunt voor deze ontwikkelingstak van Xsens, ligt Van Keimpema toe: ‘In eerste instantie brachten we nauwkeurig in kaart hoe mensen zich bewegen. Dan hebben we het over hoe ver gewrichten buigen, in welke richtingen ze dat precies doen; alle details. Op basis daarvan kun je biomechanische modellen maken en die zijn weer toepasbaar in de klinische wereld, bijvoorbeeld bij revalidatie, waarbij je dan nauwgezet kan bijhouden of een behandeling ook werkt voor een patiënt.’
Intussen is er op het beeldscherm een virtuele omgeving over mijn poppetje heen geplakt. In een fraai gevormde wereld vol met planten staat een stoere vrouwelijke krijger met een modern ogend zwaard. Beuker legt uit dat dit een demo-omgeving is, gebouwd met de Unreal engine. Ontwikkelaars van computergames gebruiken deze engine veel om spellen te ontwikkelen en de demo laat zien hoe gemakkelijk de bewegingen van het pak in een spel te integreren zijn. Wederom ben ik verbluft: de krijger op het scherm neemt mijn bewegingen naadloos over en laat ze er ook natuurlijk uitzien. Het wordt me meteen duidelijk waarom ontwikkelaars van dergelijke spellen steeds meer toegrijpen op de pakken: het scheelt een hoop programmeerwerk en het resultaat is ook nog eens realistischer.
Hoe indrukwekkend de huidige mogelijkheden ook zijn, Xsens kijkt alweer naar de toekomst. Het bedrijf wil de komende jaren uitbreiden van de huidige circa 75, naar zo’n 100 werknemers. Beuker: ‘We zien dat e-health, maar ook augmented reality en hologrammen sterk in opkomst zijn en ook daar kunnen onze sensoren veel bijdragen. Denk bijvoorbeeld aan yogalessen. Met een AR-bril kunnen mensen een yoga-instructeur naast zich projecteren, zodat ze het gevoel hebben een echte les te volgen. De data van de bewegingssensoren die ze dragen tonen of ze de houdingen goed overnemen en of ze zich ook ontwikkelen in de lessen. Aan de hand van die data kan de yoga-instructeur feedback geven. Net als een echte yogaklas, maar dan vanuit huis.’ De toepassingen van de bewegingssensoren lijken eindeloos.
