Belgische geologen testen mijnrobots
Geologen van het Instituut voor Natuurwetenschappen gingen ondergronds in de oude mijn van Mežica, Slovenië. Een week lang testten ze er de sensoren van hun biogeïnspireerde mijnrobot, die dunne aders metaalerts in de rots kan opsporen. ‘In de mijnbouwsector is een technologische revolutie aan de gang.’
De mijnwerkers van de toekomst
Ik heb afgesproken met Christian Burlet, geoloog aan het Instituut voor Natuurwetenschappen. Hij wil me vertellen over een Europees project rond mijnbouw waar hij met collega-geoloog Giorgia Stasi aan meewerkt. Als ik aan mijnbouw denk, komen de woorden ‘vuil’, ‘zwaar’, ‘ongezond’ en ‘lang geleden’ naar boven. Ik snap niet meteen wat Christian daarmee heeft – ik ken hem als een uitvinder, een technologisch genie dat met een 3D-printer en een kluwen elektrische draden een nieuwe machine uitvindt die mee zou kunnen naar Mars of naar de diepzee. Ik deel mijn bedenkingen met hem. ‘Je bent niet alleen’, stelt hij me gerust. ‘De meeste mensen hebben een verkeerd beeld van wat mijnbouw vandaag is. Het is een sector waarin een technologische revolutie bezig is. En dat is waar wij aan willen meewerken, aan de mijn van de toekomst.’
We willen robots ontwikkelen die zelfstandig gangen graven, onderweg de interessante ertsen selecteren en ze naar het oppervlak brengen
- Christian Burlet, Instituut voor Natuurwetenschappen -
Gsm’s, laptops, elektrische auto’s, windturbines en zonnepanelen bevatten stuk voor stuk metalen die in mijnen worden ontgonnen. ‘De overgrote meerderheid van onze kritieke grondstoffen voeren we momenteel in van buiten Europa. Maar niet omdat we die hier niet hebben. Mensen beseffen het niet, maar ook onder onze voeten zit een grote voorraad metalen’, gaat Christian Burlet gepassioneerd verder. ‘Sommige zijn te vinden in kleine, overstroomde en verlaten mijnen, die met de huidige methodes niet rendabel uit te baten zijn. Je moet dus een manier vinden om uiterst precies de ertsen te ontginnen, met zo weinig mogelijk afval, in veilige omstandigheden en met een minimale impact op de omgeving. Daar zijn we nog niet klaar voor, maar projecten als het onze proberen het pad te effenen.’ En hoe ziet de mijn van de toekomst er dan uit? ‘Ons project heet ROBOMINERS, en dat vat het zo’n beetje samen. We willen robots ontwikkelen die zelfstandig gangen kunnen graven, onderweg de interessante ertsen selecteren en die vervolgens naar het oppervlak brengen. In onze mijn krioelt het van de robotjes, en er zou geen mens meer ondergronds moeten gaan.’
Geen doorgang
Twee weken later is het zover. We vertrekken naar Slovenië voor de laatste grote stap van het project: het testen van de sensoren in een echte mijn. Christian Burlet en Giorgia Stasi zijn al ter plaatse en komen ons oppikken aan de luchthaven van Ljubljana. ‘Spannend’, begint Giorgia terwijl ze onze bagage in de koffer helpt hijsen. ‘Tot nu toe hebben we onze instrumenten alleen uitgetest in het lab. Het is de vraag of ze het ook volhouden in de moeilijke omstandigheden van de mijn.’ We zetten onze tocht verder naar Mežica (spreek uit: medjitsa), een gewezen mijndorp waar vele eeuwen lood is ontgonnen. Iets te direct vraag ik of we daar echt helemaal voor naar hier moeten komen – in België hebben we toch ook oude mijnen? Stasi is niet gauw uit haar lood geslagen. ‘We richten ons op kleine aders met sterk geconcentreerde ertsen, die moeilijk te ontginnen zijn. In België zit het er vol van, maar de mijnen zijn te instabiel of staan volledig onder water. Hier in Mežica is de mijn zelfs toegankelijk voor toeristen.’ ‘Er zijn toiletten en er is een waterkoker voor thee!’, voegt Burlet enthousiast toe.
Door de maisvelden rijden we richting de Oostenrijkse grens, die we twee keer over moeten – binnen, buiten – geen andere optie met zo’n bergketen pal op de grens. Maar waar we de bergpas moeten inrijden, botsen we op een wit met rood gestreepte afsluiting met knipperende lichten. Ni prehoda, geen doorgang. Wat nu? Dit is de enige weg. Achter ons stoppen nog enkele auto’s, waaronder, zo blijkt na een babbeltje, de burgemeester van Mežica. Hij legt uit dat door de hevige overstromingen vorige zomer de bomen langs de weg instabiel zijn geworden en er allicht weer een paar op het wegdek gevallen zijn. Enkele telefoontjes later roept hij: ‘Ze komen opendoen!’ We mogen door, maar wel snel. In colonne rijden we de bergpas in langs kronkelende wegeltjes, inderdaad geflankeerd door half afgezaagde boomstammen. Twee uur later dan verwacht komen we aan op de geitenboerderij waar we de komende week zullen overnachten na de lange, zonlichtloze dagen onder de grond. Wat een idyllische plek; wat een contrast met de hoogtechnologische snufjes die onze geologen de komende dagen gaan uittesten.
Lasershooten
De mijn bevindt zich onder Peca (spreek uit: petsa), een berg die deel uitmaakt van de Karawanken, een bergketen in de oostelijke Alpen van Oostenrijk en Slovenië. Ze is wereldberoemd voor haar rijke afzettingen van wulfeniet, een geel tot oranjerood loodhoudend mineraal. De meeste natuurhistorische musea hebben ten minste één exemplaar uit Mežica in hun collectie. Er werd al vanaf de vijftiende eeuw lood en zink ontgonnen, en mogelijk zelfs al in de Romeinse tijd. Vandaag kun je er enkel nog ondergronds kajakken en mountainbiken - de mijn is sinds 1994 niet meer actief. Maar naar binnen gaan gebeurt nog op exact dezelfde manier als vijftig jaar geleden: in een houten treintje. Treinbestuurder Miran Prost is zelf oud-mijnwerker en brengt nu toeristen en deze week dus ook wetenschappers binnen en buiten. Het is een helletocht van vijftien lange minuten, in een piepkleine wagon met afgesloten dak tegen de vallende stenen, in het pikdonker. Even bezinnen, zou je denken, of een praatje met je buur. Geen optie: het gerammel is oorverdovend. Eenmaal aangekomen bevinden we ons onder zeshonderd meter steen. ‘Al een geluk dat het hard is!’, grapt Prost. Ik trek het riempje van mijn helm toch wat strakker aan.
Burlet en Stasi beginnen met de installatie van hun sensoren. ‘Wij zijn verantwoordelijk voor de ogen en de oren van de robot’, legt Giorgia uit. ‘Ik werk met een robotische arm waarop een module is vastgemaakt waarmee we kunnen zien wat zich achter de rotswand bevindt’, zegt ze met een PlayStation-gameconsole in de hand. Daarmee bestuurt ze de arm en plaatst ze de ‘vingers’, de sensoren, op de rotswand. ‘Nooit gedacht dat gamerskills me van pas zouden komen als geoloog!’ Na tien minuten opperste concentratie lukt het haar om de acht vingers stevig tegen de wand te drukken. Een zucht van opluchting. Goed contact is essentieel, want de volgende stap is er elektriciteit doorheen sturen en de respons meten met de ERT-module, waarbij ERT staat voor Electrical resistivity tomography. ‘Elk mineraal heeft zijn eigen kenmerkende resistiviteit, die aangeeft hoe goed het de passerende elektrische stroom weerstaat. De rots bestaat hier uit dolomiet, met daarin zwarte en gele aders, galeniet en sfaleriet. In galeniet zit lood en in sfaleriet zink. Door elektriciteit door de rotswand te sturen, kunnen we in kaart brengen welk mineraal waar zit, en hoe de aders dieper in de rotswand lopen.’ De bedoeling is dat de robot zo informatie verzamelt om te kunnen beslissen in welke richting hij best verder graaft. ‘Nu moeten we een half uur wachten terwijl de ERT-machine zijn ding doet. Ik ga een theetje zetten om wat op te warmen!’
Hier onder de grond is het inderdaad koud, rond de tien graden. Wat beweging kan ook wonderen doen, dus ik ga Christian zoeken, die ergens aan de slag is met zijn laser. Met de koplamp op de sterkste stand daal ik de ijzeren trap af. Mijn stappen weergalmen in de gigantische schacht, die eindeloos lijkt door te gaan. De waarschuwing van conducteur Miran zit nog vers in het geheugen: ‘Pas op dat je niet verloren loopt. Er zijn hier duizend kilometer aan tunnels op negentien verdiepingen. Na meer dan veertig jaar vind ik hier overal mijn weg terug, maar jullie niet.’ Net als ik me afvraag of ik beter zou terugkeren om versterking te zoeken, hoor ik een geruststellend geluid in de verte: tatatatata-miiiiiiiiii-tatatatatata-miiiiiiiiiii – de laser! Kleine gang naar links, even bukken en oppassen voor de diepe afgrond – wat zou daar beneden zijn? – nog een keer linksaf en daar zie ik hem heen en weer bewegen: een groot, groen schepsel op dunne pootjes.
In de mijn van de toekomst krioelt het van de robotjes. Er zal geen mens meer ondergronds moeten gaan
- Christian Burlet, Instituut voor Natuurwetenschappen -
Burlet ziet er tevreden uit. ‘Hier, neem ook een bril!’ Het voelt absurd om een zonnebril te dragen met tegelijk een lamp op je hoofd, maar het is niet voor de show. De laser verhit een klein plekje van het oppervlak tot wel duizend graden Celsius. Dat kan schadelijk zijn voor de ogen’, legt hij uit terwijl hij een minuscuul schroefje aandraait. De sensor die Burlet heeft ontwikkeld, bijnaam The Frog, is gebaseerd op een techniek genaamd LIBS: laser induced breakdown spectroscopy. ‘We schieten met een laser op de rotswand, en op die specifieke plek wordt plasma gevormd: een soort soepje van elektronen, neutronen en protonen, wat zorgt voor een kleine vonk. Dat licht vang je terug op in het instrument, dat je dan de chemische samenstelling van dat specifieke punt geeft.’ Ik duw mijn zonnebril wat steviger op mijn gezicht, ik zou mijn ogen liever niet in plasmasoep zien veranderen. ‘Door de rotswand punt per punt, lijn per lijn te scannen, maken we een soort kaart van de chemische compositie van het oppervlak, inclusief de kritieke grondstoffen. Zo krijgen wij, en de robot, een extreem gedetailleerd beeld van wat we voor ons hebben.’
Gulzige wormen
Plots is het al tijd om terug te keren. De tijd lijkt anders te lopen onder de grond – het voelde als een uur en tegelijk als een hele week. Nadat het treintje ons weer naar de bewoonde wereld heeft gebracht, blijkt de zon net onder. We hebben haar vandaag dus niet gezien. Afspraak met het team in het enige restaurant van de buurt en onze kantine voor de week. Je voelt er dat we in de Alpen zijn – traditionele houten meubels, gordijntjes met kant en grote kommen wildechampignonsoep. Ik raak aan de praat met Milan Milanov, een van de ontwikkelaars, en vraag hem wat hij doet. ‘Wij houden ons bezig met het bewustzijn van de robot. Wie ben ik? Wat doe ik? Hoe kan ik beter worden?’ De verwarring moet van mijn gezicht af te lezen zijn, want hij vervolgt snel: ‘Wacht, ik toon het je gewoon.’ Op het scherm van zijn gsm ontwikkelt zich een kronkelend netwerk van gangen. ‘Dit is ons Greedy-algoritme aan het werk’, vertelt hij trots. ‘Als de robot volgens dit algoritme beslissingen neemt, gedraagt hij zich als een hongerig dier. Zo veel mogelijk erts en zo weinig mogelijk afval. En dat is precies wat we willen.’ Het lijkt wel op een gangenstelsel van een mierenkolonie. ‘Exact! We hebben ons laten inspireren door allerlei gravende dieren, zowel voor het ontwerp van de robot als voor zijn gedrag. Waarom geen gebruik maken van miljoenen jaren evolutie? Zoals mijn onderzoeksleider altijd zegt: we can learn from worms!’
Zes dagen later zit de campagne erop. Met vijf kilo geitenkaas en drie liter honing in de koffer rijden we terug naar de luchthaven. De stemming is goed, de sensoren hebben de test in de mijn met glans doorstaan. ‘Onze instrumenten werkten, er waren geen grote problemen. Het hele team was ook enorm behulpzaam. Het had niet beter kunnen verlopen.’ Burlet kijkt door het raam naar de steeds kleiner wordende bergen. ‘Een bont allegaartje van geologen, robotici, ingenieurs en ontwikkelaars. Alleen door de krachten te bundelen kun je gaan waar niemand ooit ging.’
