Gezamenlijk onderzoek naar bewegingsziekte essentieel voor acceptatie autonome voertuigen

Wagenziekte is een wijdverbreid probleem bij autorijden, en bestaat al zolang er auto’s zijn. Uit onderzoek blijkt dat gemiddeld maar liefst 62 procent van alle passagiers er last van heeft, tegenover slechts 24 procent van de bestuurders. Doordat voertuigen de komende jaren steeds meer rijtaken kunnen overnemen, zullen steeds meer mensen bewegingsziekte gaan ervaren. Jelte Bos is Senior wetenschapper bij TNO, hoogleraar aan de VU en specialist in bewegingsziekte en desoriëntatie. “Op dit moment is twee derde van alle inzittenden bestuurder. Auto’s worden verkocht aan bestuurders, die veel minder last hebben van wagenziekte.

Maar die zelfrijdende auto heeft straks per definitie alleen maar passagiers aan boord. Als we geen maatregelen nemen, krijgt een meerderheid dus last van wagenziekte. De auto-industrie is doordrongen van de urgentie van dit probleem, en er is geen autofabrikant die hier niet mee bezig is.”

Abnormale prikkels

TNO heeft een lange staat van dienst als het gaat om onderzoek naar alle vormen van bewegingsziekte: niet alleen op land, zee en in de lucht, maar ook in de ruimte, voor hoge gebouwen, in simulatoren en bij virtual reality. Hierdoor weten we steeds meer over het ontstaan ervan. Bos haalt een model van het menselijk evenwichtsorgaan uit zijn jaszak: “Hier begint het allemaal mee. Het evenwichtsorgaan bevindt zich in een uitholling in je schedel en is gevuld met vloeistof. Het zorgt voor je zelfbewegingswaarneming. Als je met je hoofd draait, blijft die vloeistof stilstaan ten opzichte van je hoofd. Er zit een klepje in met haarcellen die aan je hersenen laten weten of je draait. Daarnaast zitten er ook nog kristalletjes (‘oorsteentjes’) in het evenwichtsorgaan, waarmee we andere bewegingen detecteren.

De term ‘ziekte’ klopt overigens niet, want het is een normale reactie van je lichaam op een niet-normale prikkel. Van lopen, fietsen of hardlopen word je niet misselijk. Dat gebeurt alleen als we kunstmatig worden bewogen, door een auto, vliegtuig of schip, of met een VR-bril op.”

Anticipatie is de crux

Dat een bestuurder veel minder last heeft dan een passagier, komt doordat de chauffeur kan anticiperen op zijn eigen stuurgedrag, remmen, of versnellen.

Bos: “Die anticipatie is heel belangrijk. Het verwerken van zintuigelijke prikkels kost tijd. Om toch voorbereid te zijn op wat komen gaat, maken je hersenen een voorspelling gebaseerd op eerdere ervaringen in je leven. Als er een mismatch is tussen wat je ziet en wat je voorspelt, kunnen we wagenziek worden. Zelfs voorin ben je niet immuun, want je weet niet of een bocht ruim of krap wordt genomen, of hoe abrupt de bestuurder remt.” We weten inmiddels in grote lijnen hoe bewegingsziekte ontstaat. Toch blijven er nog veel vragen onbeantwoord. Bijvoorbeeld over de correlatie tussen bepaalde bewegingen en het optreden van bewegingsziekte. Of wat bepaalt dat sommige mensen er veel last van hebben en andere niet of nauwelijks.

Geavanceerde bewegingssimulator

De bij TNO opgebouwde kennis en faciliteiten op het gebied van bewegingsziekte zijn wereldwijd uniek. Jan Souman is Senior Scientist Human Factors voor TNO Mobiliteit en werkt nauw met Jelte Bos samen om de verzamelde kennis over bewegingsziekte toe te passen voor de auto-industrie. “TNO kan van grote toegevoegde waarde zijn voor automotive partners. Samen met de collega’s uit Soesterberg beschikken wij over een team van meer dan 100 human factors experts, en state-of-the-art faciliteiten.”

In Soesterberg heeft TNO een driedimensionale bewegingssimulator staan die uniek is in de wereld. Deze Desdemona (oorspronkelijk gebouwd als desoriëntatie demonstratiemodel) wordt gebruikt voor onderzoek waarbij proefpersonen alle mogelijke vlieg-, vaar- of rijsituaties kunnen ervaren. In een andere ruimte staat een 40 meter lange testbaan om de effecten van horizontale versnellingen te onderzoeken. En op een testbaan van het Ministerie van Defensie tussen Soesterberg en Amersfoort worden proefpersonen ook daadwerkelijk in de auto op wagenziekte onderzocht.

Wagenziekte voorspellen

De vele onderzoeken hebben ervoor gezorgd dat er veel meer inzicht is gekomen in de versnellingen die wagenziekte veroorzaken. Jan Souman: “Uit oudere studies naar zeeziekte bleek dat er een duidelijke piek ligt bij een frequentie van ongeveer eens per zes seconden, een deining waar mensen het meeste last van hebben. In een grootschalig onderzoek met ongeveer 200 proefpersonen hebben we onderzocht of dit ook voor de horizontale versnellingen geldt in de auto. Dat bleek in grote lijnen het geval, maar niet helemaal. Daarom hebben we voor wagenziekte een nieuwe curve opgesteld en de resultaten vertaald naar een model.”

Autofabrikanten gebruiken dit model om te voorspellen hoeveel procent van de passagiers last krijgt van wagenziekte bij een bepaald rijgedrag. Zo kunnen welzijn en comfort worden meegewogen in het programmeren van rijgedrag bij autonome voertuigen. Ook veiligheid speelt een rol, legt Jan Souman uit: “Bij de huidige generatie rijhulpsystemen blijft de bestuurder verantwoordelijk voor de rijtaak; die moet dus altijd alert zijn. Als je dan niet fit bent, levert dat gevaar op.”

Cybersickness

Naast kennis over bewegingsziekte als gevolg van fysieke versnellingen, beschikt TNO ook over expertise op het gebied van cybersickness. Jelte Bos: “TNO verricht onderzoek naar cybersickness voor onder andere defensie, dat veel met Virtual Reality-applicaties (VR) werkt. Voor een deel ontstaat cybersickness om dezelfde redenen als motion sickness: de zintuigen nemen iets anders waar dan je brein verwacht."

"Daar komt bij dat er grote individuele verschillen zitten tussen de visuele perceptie van beweging en de daadwerkelijke beweging in een simulator. Ook zijn er grote tekortkomingen in de visuele weergave met beeldschermen, projectoren en VR-brillen, waardoor we sneller last krijgen van hoofdpijn, vaag zien, of oogspanning.”

Deze expertise komt goed van pas, omdat we dankzij automated driving naar verwachting ook steeds meer VR-toepassingen gaan zien in de auto. De combinatie van fysieke en virtuele bewegingsziekte is voor iedereen echter nieuw terrein.

XR als mogelijke oplossing

De kennis die TNO opbouwt is vooral gericht op het aanpassen van de bewegingen van het voertuig, waardoor inzittenden zo min mogelijk last hebben. Maar dat is niet de enige oplossingsrichting. Jelte Bos: “Zo hebben we een promotieonderzoek begeleid waarin passagiers verschillende cues krijgen, met geluiden of trillingen in de stoel, zodat ze beter kunnen anticiperen op bewegingen.”

Jan Souman ziet dat veel fabrikanten bezig zijn met actieve veersystemen, die de beweging van de auto en de inzittenden zoveel mogelijk loskoppelen van de weg. “Daarnaast kun je ook nog visuele cues in de auto toepassen om je brein te helpen om de bewegingen te interpreteren die het ervaart. Daar zou eXtended Reality (XR) juist ook een bijdrage kunnen leveren aan de oplossing. Terwijl je naar een game of film kijkt, krijg je op je display of VR-bril visuele cues waarmee je beter op bewegingen kunt anticiperen, wat dan met geluiden of trillingen ondersteund kan worden."

"Ook kun je denken aan navigatiesystemen waarmee je alternatieve routes kunt selecteren, die misschien iets langer zijn, maar met een kleinere kans op wagenziekte.”

Joint innovation center

Al die oplossingsrichtingen vragen om meer onderzoek. Veel vragen zijn nog niet beantwoord en onderzoek is complex. Tegelijkertijd is de noodzaak voor de auto-industrie groot, aangezien het beheersbaar maken van wagenziekte een cruciale factor is bij de acceptatie van autonoom rijden.

Jelte Bos: “Structurele oplossingen gaan we alleen vinden met fundamenteel onderzoek, volgens een integrale aanpak. En dat is kostbaar. Daarom zijn we bij TNO voorstander van een breder onderzoeksdomein.

Naast automotive moeten daarin ook de maritieme sector, techbedrijven, de gaming industrie, de medische wereld en beleidsmakers worden betrokken, waarbij TNO als geen ander als de kern van een joint innovation center kan fungeren. Dat geeft ons de mogelijkheid om ook verder te kijken dan alleen wagenziekte, en bijvoorbeeld ook te anticiperen op cybersickness, voordat de VR-bril zijn intrede doet in de auto.”