Bits&Chips

Ultrawideband basis voor zeer nauwkeurige plaatsbepaling

13 april 2018 

De Eindhovense startup Vention heeft samen met partner Sentech een plaatsbepalingssysteem ontwikkeld dat niet alleen zeer nauwkeurig is, maar ook snel reageert en makkelijk te installeren is. De Focus-technologie gebruikt good old Ultrawideband als communicatieprotocol.

Een stel jonge honden, maar wel een stel met grote ambities. Zo zou je het Eindhovense Vention kunnen omschrijven. De achttien medewerkers zijn vrijwel allemaal vers van de universiteit en hebben de focus op prototyping en productontwikkeling, met de nadruk op elektronica en embedded software. ‘We bieden onze klanten een one-stop-shop’, aldus directeur Job Nijenhuis. ‘We kunnen dus ook zorg dragen voor de casing of een app, maar dat gebeurt vrijwel altijd alleen in dienst van de elektronica die we ontwikkelen.’ Vention richt zijn pijlen op iot, sensoren en kleine draadloze oplossingen. Zo ontwikkelde de startup een wearable om spierkracht te meten bij mensen die net een beroerte hebben gehad.

Vention ontstond drie jaar geleden. Voor onder meer de Shell Eco-marathon ontwikkelde een team studenten van de TU Eindhoven een extreem zuinige auto. Terug in de collegebanken merkten twee van de Tuecomotive-teamleden, Frank Poort en Hans de Penning, dat ze liever knutselden en soldeerden dan met hun neus in de boeken te zitten. Ze startten Frans Prototyping, een samentrekking van hun voornamen, later omgedoopt tot Vention.

‘We doen nog steeds alleen maar dingen die we leuk vinden’, stelt Nijenhuis. ‘Er zijn clubs die een lijst met requirements krijgen en die een voor een aftikken. Wij vinden het leuker, en belangrijker, om een product echt samen met een klant te bouwen.’

Op het Eindhovense lichtfestival Glow werd het plaatsbepalingssysteem van Vention gebruikt om dansers met spotlights te kunnen volgen.

Time of flight

Naast alle klantprojecten startte Vention twee jaar geleden met een eigen ontwikkeling. ‘Het idee was om festivalbandjes te maken met een geïntegreerd ledje. Als je al die lampjes centraal kunt aansturen, fungeren ze als pixels in een heel groot display over het hele festivalterrein’, vertelt Nijenhuis. Om dat te realiseren, had Vention een zeer geavanceerde plaatsbepalingstechnologie nodig.

Gps voldoet bij lange na niet aan de nauwkeurigheidseis van een paar centimeter. Bovendien wilde Vention snel kunnen reageren. Dat is voor de meeste trackingoplossingen geen issue, maar voor de toepassingen die de Eindhovenaren voor ogen hadden, kwamen ze er niet onderuit om de positie meerdere keren per seconde door te geven.

Vention speurde de markt af naar een mogelijke oplossing. Nijenhuis: ‘Ultrawideband bleek de enige realistische optie.’ Die technologie alleen levert echter nog steeds niet de gewenste nauwkeurigheid. ‘We hebben de UWB-chip daarom gecombineerd met een inertial measurement unit, een imu, waarmee we de relatieve plaatsbepaling doen. Samen met de absolute plaatsbepaling via UWB halen we nu een nauwkeurigheid van vijf tot tien centimeter.’

Het Focus-systeem van Vention bestaat uit een serie vaste ijkpunten op basis waarvan de positie van alle bewegende tags kan worden vastgesteld. ‘Er zit complexe wiskunde achter om de relatieve en absolute positie te bepalen en te combineren’, legt Nijenhuis uit. ‘De grootste uitdaging zit echter in de synchronisatie.’ De plaatsbepaling gaat aan de hand van de time of flight. ‘Je meet steeds hoe lang een berichtje erover heeft gedaan van de tag naar alle anchors. Als je een nanoseconde verkeerd timet, zit je er dertig centimeter naast. De eis was een nauwkeurigheid van ongeveer een achtste nanoseconde. We hebben die synchronisatie goed kunnen krijgen door voor elke meting drie berichtjes te versturen, twee vanuit de tag en een vanuit de anchors, en door de gaten op te vullen aan de hand van informatie uit de imu.’

De imu valt terug op slimme software. Die bevat kennis over welke bewegingen fysiek mogelijk zijn. Een mens kan immers maar met een beperkte snelheid bewegen. ‘In een draadloos systeem ontkom je niet aan allerlei reflecties en stoorsignalen, maar als die impliceren dat de persoon te hard beweegt, kun je ze er makkelijk uit filteren’, verklaart Nijenhuis. ‘Omdat de tag honderd keer per seconde zijn positie doorgeeft, kun je op basis van de eerdere metingen al heel aardig inschatten waar het volgende signaal vandaan zal komen.’

Het Focus-systeem bestaat uit een serie vaste ijkpunten op basis waarvan de positie van de bewegende tags kan worden vastgesteld.

Terug van weggeweest

Vention gebruikt nu nog een UWB-chip van Decawave. Via een andere leverancier, het Franse Blinksight, dat nauwe banden onderhoudt met Holst Centre en Imec, kwamen de Eindhovenaren opnieuw in contact in Sentech. ‘De samenwerking bestond al voor dit project’, vertelt Marco Leeggangers, businessdevelopmentmanager bij de sensorintegrator uit Nieuwkuijk. ‘We krijgen steeds meer specialistische vragen uit de markt. Als er elektronica moet worden gebouwd en embedded software moet worden geschreven, schakelen we op projectbasis Vention in.’

Sentech en Vention vonden elkaar op het gebied van nauwkeurige plaatsbepaling. Nijenhuis: ‘De vraag en het aanbod hebben zich onafhankelijk van elkaar ontwikkeld.’ Nu werken de partners samen om Focus verder te optimaliseren.

Ultrawideband is een draadloze technologie die een jaar of tien geleden volop in de belangstelling stond. Het leek een gouden toekomst te hebben, maar door een traag standaardisatieproces, relatief hoge implementatiekosten en een tegenvallende datasnelheid ging het echter snel bergafwaarts. Zeker nadat gespecialiseerde chipontwikkelaars zoals Tzero en Wiquest ter ziele waren gegaan.

‘Het is inderdaad even stil geweest rond Ultrawideband, maar de chips worden nog altijd ontwikkeld en verbeterd’, weet Leeggangers. ‘Je ziet UWB nu op steeds meer plekken de kop opsteken.’ De UWB-chip is nog wel redelijk duur: typisch twintig à vijfentwintig euro. Dat komt doordat de markt nog klein is. Blinksight produceert ze daarom op een multipurposewafer. Als de technologie weer wat vaart krijgt en er meer chips worden gevraagd, zal de prijs ook drastisch naar beneden gaan, voorspelt Leeggangers. ‘Een prijs van een paar euro behoort zeker tot mogelijkheden.’

Focus is makkelijk te installeren en uit te breiden.

Koeien en vliegvelden

In samenwerking met Sentech heeft Vention een uniek plaatsbepalingssysteem gerealiseerd. Nijenhuis: ‘Ik heb nog nergens een vergelijkbare oplossing gezien die met ons kan concurreren op nauwkeurigheid, snelheid en installatiegemak.’ Focus is bijna klaar voor de markt. Via verschillende pilotproject zetten de Vention-engineers de laatste puntjes op de i. Een van die toepassingen is de Bluejay-drone van het gelijknamige Eindhovense studententeam.

Meer namen willen Nijenhuis en Leeggangers op dit moment nog niet noemen, maar ze hebben allebei hoge verwachtingen van de technologie. En dat gaat veel verder dan de oorspronkelijke festivalbandjes. ‘We hebben een product waarmee je nauwkeurig en snel posities kunt bepalen, assets kunt tracken of agv’s kunt aansturen’, somt Leeggangers op. ‘Dat is interessant voor legio toepassingen. Denk aan de agrarische wereld. Met de technologie kun je agv’s aansturen in een stal of een kas door een paar anchors op te hangen. In die situatie komt de snelheid van het systeem echt tot haar recht.’

De configuratie is bovendien bestand tegen veranderende omstandigheden, vervolgt Leeggangers. ‘Als er bijvoorbeeld een melkrobot wordt geïnstalleerd en een van de anchors is niet meer in beeld, kun je hem gewoon verhangen. Druk op ‘set-up’ en het is geregeld. Ook kun je eenvoudig het bereik vergroten door een paar extra anchors te installeren. Zolang ze maar in het zicht van de andere ijkpunten hangen.’

Ook in de retail ziet Vention mogelijkheden, bijvoorbeeld om klanten door de winkel te begeleiden of te volgen. En op grote vliegvelden zou de technologie kunnen worden gebruikt om reizigers de weg te wijzen. ‘Ik ben in gesprek met bedrijven die dierengedrag analyseren en partijen die hun productieproces willen bewaken’, vertelt Leeggangers. Voorlopig zijn het allemaal nog potentiële klanten, maar Leeggangers verwacht dat er in 2019 zeker een aantal bedrijven aan de slag gaat met het systeem.

Abonneer direct op onze nieuwsbrief

abonneren

Mechatronics system design – Part 1

8 oktober - 12 oktober

Eindhoven

Advanced feedforward control

10 oktober - 12 oktober

Eindhoven

Course on modern optics for optical designers - Part 1

14 september - 8 februari

Eindhoven

Embedded Linux

17 september - 21 september

Eindhoven

System architect(ing)

24 september - 28 september

Eindhoven