Ratten met TU/e-rugzakjes snuffelen naar slachtoffers onder het puin

“Ratten zijn klein, nieuwsgierig en leergierig, maar ze kunnen vooral enorm goed ruiken,” legt Roel Jordans uit. Hij is docent en onderzoeker bij de faculteit Electrical Engineering van de TU/e en begeleidde Bram van Kasteren bij zijn masterscriptie bij APOPO die net voor de kerst is afgerond.

Dat fantastische reukvermogen van de hamsterrat was de basis voor de non-profit organisatie APOPO. Deze organisatie is inmiddels bekend om het wereldwijd succesvol opsporen van landmijnen én het detecteren van tuberculose in monsters van opgehoest slijm. Enkele jaren geleden kregen ze een vraag uit het aardbevingsgevoelige Turkije om de ratten in te zetten bij het zoeken naar overlevenden onder het puin van ingestorte gebouwen. Daar komen weer hele nieuwe uitdagingen bij kijken, waarbij de faculteit Electrical Engineering van TU/e zijn waarde kon toevoegen.

Snuffelen naar slachtoffers

Jordans: “Om mensen op te sporen die bedolven liggen onder het puin, moet de rat in verbinding staan met de reddingswerkers. Daarvoor hadden ze dus een systeem nodig met een microfoon, camera, controller, GPS, antennes en noem maar op. Precies het werk waar wij in gespecialiseerd zijn. Zo is het project genaamd RescueRats ontstaan.”

Toenmalig TU/e-student Sander Verdiesen pakte als eerste de handschoen op. Voor zijn stage bij APOPO in 2019 ontwikkelde hij een 3d-geprint rugzakje met de benodigde elektronica voor de rat. Hij reisde zelfs af naar Tanzania om zijn ontwerp te testen en te verbeteren. Daar staat namelijk het trainingscentrum van APOPO en worden de Afrikaanse hamsterratten klaargestoomd voor hun werk.

Na zijn stage liet het project hem niet los en werkte hij onder leiding van Jordans verder. Inmiddels ligt er een robuust klein rugzakje met verbeterde ingebouwde camera en batterijen die langer meegaan. Ook voegde hij een alarmknopje toe onder de hals van de rat, zodat het diertje de reddingswerkers kan inseinen als hij een slachtoffer gevonden heeft. Verdiesen: “Dat was nog niet zo makkelijk, want die trekschakelaar moet gevoelig genoeg zijn om het signaal te verzenden, maar niet kapot gaan als de rat met zijn sterke klauwen aan het knopje trekt.”

Geen GPS onder het puin

De communicatie bleek een heikel punt, want onder de grond valt de GPS weg. Jordans: “Idealiter wordt de exacte locatie van de rat onder het puin in real-time naar de reddingswerkers boven de grond gestuurd. Zo zien de helpers op een kaartje op hun mobiel precies waar de rat met het slachtoffer zich bevindt en hoe ver ze zelf nog van hen verwijderd zijn.” Bram van Kasteren ging met dat nieuwe probleem aan de slag voor zijn masterscriptie, die hij in december 2022 succesvol verdedigde.

Van Kasteren: “De chaotische omgeving van een rampgebied maakt het lokaliseren van het ratje heel ingewikkeld. Je weet niet hoeveel beton en metaal er tussen de rat en de ontvanger zit en hoeveel invloed dat heeft op je signaal, dat vergt een robuust systeem.”

Sterk signaal is weinig obstakels tegengekomen

Zodra de GPS wegvalt, bleek radio triangulatie na meerdere tests de beste methode voor locatiebepaling. Daarbij kijkt het systeem vanaf meerdere meetpunten uit welke richting het signaal komt om de locatie ervan te bepalen. “We plaatsen meerdere antennes rondom het puin, en zenden via een antenne in de rugzak van de rat een radiosignaal uit. De ontvangende antennes kijken vervolgens naar het sterkste signaal. Dat geeft het best de richting aan, omdat het onderweg minder obstakels is tegengekomen en dus minder door reflectie is afgebogen,” legt Van Kasteren uit.

De software in de ontvanger kan vervolgens bepalen waar het signaal vandaan komt. Door de lijnen van alle ontvangende antennes te combineren, komt er een enkel punt uitrollen waar de rat zich moet bevinden. Hoe meer ontvangende antennes je plaatst, hoe nauwkeuriger de positiebepaling wordt.

Printplaat

Van Kasteren bouwde daarvoor zijn printplaat met hoogtemeter, antenne en GPS-module. Hij testte zijn ontwerp op het hockeyveld van de TU/e. Van Kasteren: “We hebben nu de printplaat ontworpen en getest in het open veld. De volgende stap is het toevoegen van puin om te kijken hoeveel verstoring er optreedt. We zijn er dus nog niet, en daarom wil ik graag betrokken blijven om er verder aan te werken.”

Jordans vult aan: “Hopelijk kunnen we nog meer studenten enthousiasmeren om verder te werken aan de antennemodules. Daarnaast willen we een soort walkie-talkie-functie toevoegen aan de rugzak, zodat de reddingswerker met het slachtoffer kan praten. Ook dat vergt nog flink wat uitzoekwerk, want de lage signaalsterkte vraagt om sterke audio-compressie. Ook daarvoor zoeken we studenten. Voor zowel stages als afstudeerprojecten.”

Koelkast vol afleiding

Inmiddels is het trainen van de ratten in het trainingscentrum van APOPO in Tanzania in volle gang. In een gebouw waar een rampscenario is nagebootst met puin moet de rat op zoek naar een vrijwilliger, zonder afgeleid te worden door een wasmand met gedragen kleding of een opengevallen koelkast vol voedsel.

En ook het werk aan het rugzakje ligt niet stil. Sander Verdiesen heeft na zijn afstuderen twee jaar bij Philips gewerkt, maar is daarnaast altijd als vrijwillig betrokken gebleven bij APOPO om verder te werken aan het rattenrugzakje. Het werken in een omgeving met weinig middelen (low-resource) kon hem niet loslaten. Inmiddels werkt hij daarom bij de TU/e spin-off GOAL 3, die simpele en goedkope technologie bouwt voor de gezondheidszorg in Afrikaanse landen. Hiernaast gaat Sander binnenkort bij APOPO aan de slag als parttime project manager.

Bram blijft ondertussen ook actief in de wereld van de rampgebieden. Hij start volgende week met zijn stage in Tokyo, waar hij onder andere gaat werken aan het doorontwikkelen van drones die slachtoffers moeten zoeken bij tsunami’s en aardverschuivingen. Over vier tot vijf maanden denkt hij te kunnen afstuderen en wil hij graag actief blijven bij APOPO.

Volgende uitdagingen

De ratten van de Belgische NGO APOPO, opgericht in 1998 door twee studenten van de Universiteit van Antwerpen, hebben inmiddels wereldwijd ruim 130.000 landmijnen en andere explosieven opgespoord. Vandaar het acroniem van APOPO: Anti-Persoonsmijnen Ontmijnende Productontwikkeling. De rat controleert in 30 minuten een gebied ter grootte van een tennisveld, terwijl een goed getrainde ontmijner daar vier dagen over doet. Bijkomend voordeel: de ratjes lopen zelf geen gevaar, ze zijn namelijk te licht om de mijn te laten ontploffen.

Sinds 2007 zet de hulporganisatie de ratten in om de specifieke geur van tuberculose te ruiken. Zo wisten de diertjes inmiddels ruim 25.000 keer tuberculose te detecteren in bijna 850.000 sputum monsters (opgehoest slijm uit de onderste luchtwegen) van mogelijk geïnfecteerde mensen in Afrikaanse landen. Het ratje controleert daarbij honderd monsters in twintig minuten, waar een onderzoeker met microscopie maar 25 monsters per dag kan verwerken. En nu is de hulporganisatie dus bezig met het opsporen van slachtoffers in rampgebieden, maar ook onder meer het zoeken naar smokkelwaar in containerterminals.