Filip Verhaeghe van (UN)MANNED heeft met SOL een computertaal die beantwoordt aan de strenge veiligheidseisen van de EASA, om autonome vliegtuigen aan te sturen.
Het bedrijf (UN)MANNED heeft nu ook in juli van de Europese Commissie een defensiecontract binnengehaald, om militaire onbemande modules (iMUGS) aan te sturen.
Licenciaat computerwetenschappen Filip Verhaeghe heeft al wat watertjes doorzwommen in de lucht- en ruimtevaart wereld, onder meer bij het European Space Agency en Airbus, maar sinds een paar jaar heeft hij in Brugge zijn eigen bedrijf dat volop inzet op technologie voor onbemande en bemande vliegtuigen. Daarvoor heeft (UN)MANNED zijn eigen computertaal (SOL) ontwikkeld, waar Verhaeghe erg ambitieuze plannen mee heeft. Tijd voor een interview.
Een van jullie paradepaardjes is het zogenaamde IMBALS systeem waarmee een vliegtuig autonoom mee kan landen. Maar zo'n autoland-systeem, bestaat toch al sinds eind jaren '60?
Dat klopt maar de traditionele autoland werkt alleen als er op de luchthaven een Instrument Landing System (ILS) is geïnstalleerd. ILS kost vele tientallen miljoenen per luchthaven. Een andere manier om te landen is met de GPS. Maar als die faalt wil je een derde mogelijkheid achter de hand hebben en daar komt ons Image-Based Landing System (IMBALS) in beeld.
Waarom een derde mogelijkheid?
Met Covid weten we het niet meer zo zeker, maar het idee er achter is dat het aantal lijnvliegtuigen steeds stijgt. De welvaart in de wereld groeit, maar het aantal piloten stijgt niet. De oplossing is evident, je moet van 2 piloten naar 1 piloot gaan, maar de mensen van Airbus en Boeing willen ten allen prijzen vermijden dat een vliegtuig zou neerstorten en dat is maar goed ook. Ik ken Airbus vrij goed op dat vlak. Je kan tien jaar aan een nieuw systeem werken maar dan vragen ze: Gaan we daar het risico niet mee verhogen? Als je nog maar één piloot aan boord hebt en die krijgt een hartaanval, dan heb je inderdaad geen piloot meer en dus moet er een alternatief zijn. Vooral in die luchthavens waar geen landing met ILS mogelijk is.
Jullie zetten dus in op de verdwijnende co-piloot.
Het idee is dat we kunnen anticiperen op de situatie zonder piloot. We moeten daar toch een half decennium mee experimenteren, vooraleer we het in gebruik nemen. Luchthavens spotten, landingsbanen identificeren, op de landingsbaan centreren, een landing doen op bepaalde lijnen en dan de roll-out.
Het IMBALS functioneert met camera's die onder de vliegtuigromp bevestigd zijn?
Eén camera is genoeg. Het belangrijkste is de resolutie. De hoek en de plaats is belangrijk. Onder de neus gaat de camera regendruppels vangen, dus beter onder de buik. Die camera gaat dan eigenlijk hetzelfde doen als een mens. Immers, als je vertrekt met een vliegtuig dan heb je kaarten van de luchthavens. Wij kennen al de lay-outs van alle luchthavens ter wereld, dat is gewoon een publieke database, daar is niets speciaals aan. Sommigen luchthavens zijn moeilijker want liggen achter de bergen. Maar een luchthaven is gebouwd voor een mens, met zwarte strepen en 's nacht lichtjes. Dat zijn allemaal dingen die een computer kan identificeren.
Komt bij die technologie AI kijken? Zelflerende systemen?
Niet echt. Computervisie bestond al lang voor deep learning een hype was. Op basis van pure wiskunde kun je beweging detecteren, beelden segmenteren, vormen identificeren, enzovoort. De meeste systemen daarentegen die werken met camera's werken met neurale netwerken. Dat zijn systemen die je kan trainen en programmeren via een netwerk van neuronen. Wat wij doen is ook Artificial Intelligence maar classical: Wij focussen ons op bewijsbaar correcte algoritmes en dat is niet omdat we niet weten hoe dat neurale netwerken werken, maar omdat we moeten kijken naar hoe we de piloot kunnen vervangen. Wij moeten binnen DO-178C het hoogste veiligheidsniveau halen. We moeten kunnen bewijzen dat een computer in dezelfde situatie, hetzelfde doet. Dat kan je met een neuraal netwerk heel moeilijk bewijzen.
Zoals weten wat “Sully” gaat doen wanneer er een vlucht Canadese ganzen in de motors terechtkomt. Gaat hij terug vliegen naar La Guardia of gaat hij landen op de Hudson?
Een computer kan leren wat een vogel of een drone is. Een neuraal netwerk is heel goed daarin, erg geschikt voor het verwerken van beelden. Maar wat je niet weet bij getraind gedrag zijn de randgevallen. Dat is zoals bij een mens: je kan een piloot opleiden, maar je weet niet wanneer die in paniek gaat schieten. Een getrainde computer kan een randgeval bereiken, waar hij volledig fout interpreteert en iets heel raars gaat doen. De computer ziet drie ganzen en denkt dat het een vliegtuig is, wijkt uit en botst tegen een ander vliegtuig of een berg, terwijl hij best door de ganzen had gevlogen. Wij focussen ons op methodes die wiskundig bewijsbaar zijn.
Ga je met de onbemande vliegtuigen niet tegen de kar van de piloten rijden?
Ja en neen. Je kan de analogie nemen met een schaakcomputer. Een schaakcomputer wordt niet gemaakt om bijna zo goed te zijn als een mens. Neen, de schaakcomputer moet de beste ter wereld zijn en je zou er 1.000 keer van kunnen maken, als je daar zin in hebt. En al die 1.000 computers zullen allemaal in staat zijn op een goede dag Kasparov te verslaan. Als we een systeem maken van air mobility dan gaan we die niet zo goed maken als een mens, neen het doel is iets beter te maken.
Dat is mogelijk want een computer heeft milliseconden responstijd, die kan sneller grote hoeveelheden data verwerken, hij is natuurlijk zeer nauw in zijn domein maar vliegen is ook een nauw domein, net als schaken.
Maar dat neemt nog niet weg dat de piloten morgen zonder werk zitten, want de maatschappij is daar nog niet klaar voor, bij lijnvluchten toch niet. Voor luchttaxi's wel omdat dit iets nieuw is: “Zo zijn luchttaxi's éénmaal”, gaat men denken. En er zijn toch geen piloten genoeg daarvoor. Voor piloten is het niet echt een job bedreiger op korte termijn, op lange termijn ga je alleen nog vliegen voor de lol. Dat geldt trouwens voor auto's ook.
Maar de twee ongelukken met de MAX hebben op dat vlak geen reclame gemaakt voor zelfbesturende vliegtuigen.
Het gaat over geld en “time to market”. De hele problematiek is volgens mij veroorzaakt omdat men enerzijds de her-certificatie van het systeem wilde vermijden, iets wat wij met SOL automatiseren en dat hoeft dus niet meer vermeden te worden. Concreet ging het over twee indicatoren waarvan ze er maar een van hebben gebruikt met de redenering: Als we er twee gebruiken dan geven we toe dat het een kritisch systeem is en dan moeten we naar volledige certificatie gaan.
Anderzijds wilde men ook besparen op de training van piloten, omdat dit als de grote operationele kost wordt gezien. Als de computer die plaats kan innemen, dan zal men dat niet laten.
Op de website van (Un)manned maken jullie reclame dat jullie programma's voor avionics automatisch gecertificeerd zijn, binnen de DO-178 standaard van de FAA en EASA. Hoe werkt dat juist?
Wat er mij opviel na jaren in de business, is dat we in de ruimtevaart als in de luchtvaart, vanuit een hoger niveau vereisten (requirements in het Engels), een heel watervalsysteem van software aan het schrijven waren. En dan via een omgekeerde V omhoog, alles moesten verifiëren. Dat is gigantisch veel werk. Veel van dat werk wordt gesubcontracteerd naar India en andere landen.
Wat wij gemaakt hebben is een programmeertaal die toelaat om die “high level requirements” uit te schrijven ... en de rest doet de computer. Je schrijft “de requirements” en het hele proces is afgelopen. Natuurlijk ga je dit dan wel op een testbank zetten en je gaat integratietesten doen met de apparatuur, maar dat is iets anders.
In onze taal SOL kan je zeggen “dat zijn mijn inputs, dat verwacht ik van het systeem en dat wil ik er uit krijgen.” Dat zijn de “hoge vereisten”. De zogenaamde “low level requirements”, worden door de programmeur gedaan.”
Kan je dat verduidelijken?
Behalve schrijven moet er ook worden nagekeken. In de luchtvaart gebeurt dat met checklists. Komt de code overeen met de gedetailleerde vereisten? Volledig los van dat nazicht, moet de software ook getest worden.
Bij commerciële software, is men trots dat er 70% van de code getest wordt, omdat sommige stukken code nu eenmaal nooit kunnen voorkomen. In de luchtvaart is 100% een basisvoorwaarde, maar voor hoge certificatie niveaus zit dat dichter bij 400%. Je ziet al direct wat voor een immens werk dit is.
De meeste projecten staan onder tijdsdruk. Gemiddeld duurt het zo’n twee jaar om in de luchtvaart een normale cockpitsoftware gecertificeerd te krijgen. Het verifiëren van de software duurt langer dan het schrijven ervan. Bij ons duurt dat proces maar een paar maanden.
Met de programeertaal SOL, “zon” in het Spaans?
SOL staat voor Safety Of Life Scripting Language. We hebben een taal ontwikkeld die toelaat om de hoge niveau vereisten uit te drukken op een manier die de computer begrijpt, maar die voor de mens aanleunt tegen de “normale” manier van die vereisten in het Engels schrijven. Het is een computertaal, met een eigen syntax, maar concepten die in de taal worden aangeboden, moeten overeenkomen met het abstractie niveau van de hoge niveau-vereisten. Op enkele duizenden lijnen Sol druk je honderdduizenden tot miljoenen lijnen software uit.
Het klinkt te goed om waar te zijn, maar daarom is het belangrijk om te weten dat de Europese luchtvaart autoriteit (EASA) onze methode kent en goedkeurt. Verhaeghe citeert een project manager certificatie van de Europese luchtvaartautoriteit: “EASA accepts the novelty of doing an entire avionics project with SOL methodology … Because the binary file is generated directly from high-level reaquirements, no design development, low-level requirements or code are required.”
Wat zijn andere markten voor jullie? De (Un)manned Aerial Vehicles (UAV) of drones?
De markt waar wij vooral voor gaan is die van de UAM of de Urban Air Mobility, ook bekend als “luchttaxi's”. Die zijn nog ietwat verder weg, maar in volle ontwikkeling. In Singapore heb je de Volocopter, maar die vliegt voorlopig nog tethered (met een koord) of boven het water. Het gaat eigenlijk over dronesmet mensen aan boord en ze vliegen puur met GPS. Als iemand die GPS saboteert heb je een potentieel probleem. Dus als je visueel kan vliegen heeft een grote waarde. Het laatste wat zo een UAM die door venture capital wordt gesponsord, is een crash. Dat zou de business een heel pak jaren terug zetten. dus safety is iets waar ze echt mee bezig zijn. Qua business staat dit is eigenlijk dichter bij de automobiel-sector, dan bij luchtvaart. Het gaat om kleine maar vele voertuigen, dus je verkoopt ook veel meer. In de Urban Mobility-markt is zelf in 2020 bijna 1 miljard euro vers kapitaal geïnvesteerd.
Hoe groot en zwaar zijn de computers?
Onze computers zijn licht en luchtwaardig. Ons basismodel is 2 cm hoog, 7 cm breed en 13 cm lang. Dat zijn 3 gsm's op elkaar. Het formaat is klein, vooral voor een UAV en gebruikt maar een paar ampère. Als je spreekt over elektrische voertuigen is dat ook een plus: weegt 150 gram.
Dus de verkoop van hardware is een deel van het zakenmodel?
We kiezen voor een computer waarop de taal geïnstalleerd staat. SOL als taal heeft het besturingssysteem SOL/os nodig. Je heb een besturingssysteem nodig die onze taal ondersteunt. Als je een computer bouwt, dan heb je heel veel specifieke veiligheidseisen, waar mee je rekening moet houden. Hoe snel is die disk op die computer? Hoe garandeer ik dat het RAM-geheugen snel genoeg is? Kan er een piek optreden waardoor een stuk van de processor moet wachten, en dus de timing niet haalt? Concreet wil dat zeggen dat je ook de computer erbij verkoopt.
Soms willen de klanten op hun eigen systemen werken. Maar dan begint het probleem van deporting. (“Porten” is het overzetten van software van een hardware platform naar een ander). Dat is veel werk, en kost al snel miljoenen euro’s. Stelselmatig blijken we dan toch computers te verkopen, dat is nu ons business model.
Jullie werken ook voor de zogenaamde UAV's, unmanned aereal vehicles of echte drones. Is dat een interessante markt?
We hebben de software gemaakt voor de cockpit van de Hermes 900 UAV van Elbit (Israelisch defensie bedrijf) die een defensie-contract in Zwitserland won. In Zwitserland vlieg je in EASA ruimte en daar moeten de UAV's voldoen aan de veiligheidsnormen van een gewoon vliegtuig.
Voor ons was dat een gouden kans, daar hebben we de kans gekregen om kernsystemen op basis van SOL te vervangen.
Is SOL de grootste prestatie van (UN)MANNED?
Au fond is dat wat ons uniek maakt. Er is geen andere firma die certificatie/automatisering zoals wij dat doen en het is ook het enige product dat door EASA is goedgekeurd om dat ook te doen. Dat is absoluut uniek. Elk nieuw project dat je opnieuw moet maken, daar kan je tachtig procent van je werk besparen door ons systeem te gebruiken. Het zal ook veiliger zijn. Het is dus een win-win situatie. Het gaat dus om hogere veiligheid en lager budget.
Sommige klanten die heel groot zijn geven ons kleine projecten, omdat ze zeggen “bewijs het maar” en soms zijn het kleine klanten met grote projecten. Die geven ons dan weer certificatie ervaring, waar daar moeten we elke keer mee naar EASA. Die kleine klanten houden ons efficiënt, terwijl de grote namen ons naam erkenning geven. De markt van de avionicsis er een van 80 miljard op jaarbasis. Als je daar een graantje van meepikt, ben je goed bezig.
Jullie hebben al iets klein gedaan voor Airbus, de deursluitsystemen van de A350.
Onze prime targets zijn de net iets kleinere vliegtuigconstructeurs die bouwen aan nieuwe vliegtuigen, zoals Sonaca in België. We kunnen niet concurreren met een Thales of een Honeywell, die de cockpit van Airbus doen. Wat we wel kunnen, is hopen dat ze ons systeem gebruiken om de cockpit te bouwen. In dat geval is onze directe klant Thales of Honeywell.
Auteur van dit artikel is Tom Dieusaert, een freelance journalist die in Zuid-Amerika woont en onder meer over luchtvaart en automatisering schrijft. In 2017 schreef hij het boek “Computer Crash” (Bitbook, Brussel) dat vooruit liep op de crashes met de Boeing 737MAX. Het boek werd ondertussen vertaald naar het Engels, Spaans, Italiaans en Servo-Kroatisch.
