Dr. David Zarrouk, directeur van Bioinspired en Medical Robotics Laboratory - Interviewreeks

David is Senior Lecturer (assistent-professor) aan de ME-afdeling van de Ben Gurion Universiteit van de Negev, en directeur van de Bio-geïnspireerd en medisch robotica laboratorium. Zijn interesses liggen op het gebied van biomimetica, millisystemen, miniatuurrobotica, flexibele en gladde interacties, ruimterobotica, onder- en minimaal aangedreven mechanismen en theoretische kinematica.

Wat trok u in eerste instantie aan op het gebied van robotica?

Van kinds af aan was ik altijd al gefascineerd door machines. Ik heb altijd geprobeerd ze te bouwen en uiteindelijk, nadat ik was afgestudeerd met mijn BSc in Werktuigbouwkunde, vond ik het geweldig om me te kunnen concentreren op het ontwikkelen van robots aan de Ben-Gurion Universiteit van de Negev die in het lichaam kunnen kruipen.

 

Je hebt Ph.D. in medische robotica. Van welke soorten medische robottoepassingen bent u het meest enthousiast?

Elke toepassing waarbij precisie kan worden geprogrammeerd, is een mogelijke kandidaat voor een robotoplossing. Twee robots waar ik in het verleden aan heb gewerkt, waren robots die in het lichaam kruipen en hersenoperaties uitvoeren met behulp van naalden.

 

Een robot die je hebt gemaakt, heet The Flying Star, een hybride kruipende en vliegende robot. Wat was de inspiratie achter deze robot?

Het wildgroeimechanisme van de STAR-robots is geïnspireerd op insecten, maar bevat wielen die de voordelen van bio-geïnspireerde wezens en voertuigen op wielen combineren.

Wat waren enkele van de uitdagingen bij het bouwen van The Flying Star?

De Flying STAR is geen gewone quadcopter omdat hij de oriëntatie van zijn vleugels verandert, wat de algemene besturingsdynamiek beïnvloedt. De verschillende ontwerpvariabelen waren in het begin een uitdaging en de overgang van vlieg- naar rijmodi vereiste unieke onderdelen die we zelf moesten ontwikkelen.

 

Ik was onder de indruk van hoe veelzijdig The Flying Star is, hij kan letterlijk obstakels ontwijken, eronder kruipen, eroverheen vliegen, enz. Kun je bespreken hoe The Flying Star de beslissing neemt over welk vervoersmiddel te gebruiken? Hoe kiest het of het onder een object doorkruipt of eroverheen vliegt?

De vliegende STAR is oorspronkelijk ontworpen voor zoek- en reddingsdoeleinden en voor last mile-pakketbezorging. We ontwikkelen algoritmen om te bepalen wanneer we moeten vliegen of rijden op basis van afstanden en energiebehoefte, maar ook op basis van de vorm van het obstakel. Het beslissingsalgoritme, dat nog in ontwikkeling is, zal gebaseerd zijn op cameramapping van de omgeving. Als een opening hoog genoeg is om er onderdoor te kruipen, rijdt de FSTAR er eenvoudig doorheen. Anders vliegt het. In uitdagende besloten ruimtes (zoals puin) kan nog steeds een menselijke operator nodig zijn.

 

Mijn eerste indruk toen ik de video zag voor de minimaal aangedreven herconfigureerbare robot met continue baan, was dat hij met een camera aan het roer perfect zou zijn voor zoek- en reddingsacties. Wat zijn enkele gebruiksscenario's die u voor ogen heeft voor zo'n robot?

De herconfigureerbare baanrobot is in de eerste plaats ontwikkeld voor zoek- en reddingsdoeleinden in moeilijk terrein zoals puin. Maar het kan ook worden gebruikt voor andere toepassingen zoals afgravingen, landbouw en het kruipen in leidingen voor industrieel onderhoud.

Een van je eerdere projecten is SAW, een minimaal aangedreven, herconfigureerbare robot met continu spoor. Wat was de inspiratie achter deze robot?

De SAW-robot (single actuator wave) werd oorspronkelijk geïnspireerd door miniatuur biologische organismen die zwemmen door hun staart te golven. Het was een hele uitdaging om deze robot te maken. Hoewel de vergelijkingen lieten zien dat er een enkele motor nodig is om de golfbeweging te ontwikkelen, was het mechanisch realiseren van deze beweging niet eenvoudig. Ik vond de oplossing toen ik de cursus Mechanisch ontwerpen gaf en besefte dat de zijwaartse projectie van een veer een sinusfunctie is die vooruitgaat wanneer de veer wordt gedraaid

Hoe klein zou je SAW uiteindelijk kunnen maken? Is het mogelijk om in de toekomst een robot van vergelijkbare grootte te hebben die kan worden gebruikt om in het menselijk lichaam te reizen?

Het belangrijkste doel van de SAW-robot is om in het lichaam te kruipen. Ons nieuwste ontwerp is minder dan 1.5 cm breed en kan in de darm van het varken kruipen (ex-vivo). Momenteel zijn we op zoek naar financiering om kleinere robots te ontwikkelen die in het spijsverteringsstelsel kunnen kruipen. Wij geloven dat dit heel goed mogelijk is.

 

Een van de observaties die ik van jullie robots heb gemaakt, is dat veel van hen gebaseerd zijn op eenvoud. Probeer je opzettelijk minimalistisch te zijn als het gaat om het aantal werkende componenten in een robot?

We volgen de logica van de eenvoud. Een gezegde toegeschreven aan Albert Einstein luidt: "Alles moet zo eenvoudig mogelijk zijn, maar niet eenvoudiger". Een kleiner aantal componenten betekent een grotere betrouwbaarheid, een langere levensduur, een hogere vermogensdichtheid en maakt het veel gemakkelijker om de grootte van de robots te verkleinen.

 

Waar ben je momenteel mee bezig?

In mijn Ben-Gurion University-lab werken we momenteel aan meerdere projecten, waaronder het modelleren van een robot die in het lichaam kan kruipen, seriële robots voor landbouwtoepassingen en enkele kleine zoek- en reddingsrobots.

 

Wil je nog iets met onze lezers delen?

Ik moedig ouders en kinderen sterk aan om zich bezig te houden met mechatronica/robotica. Met de huidige technologie is het mogelijk om gebruiksvriendelijke componenten (3D-printers, arduino-controllers, motoren, sensoren, enz.) tegen lage kosten te kopen en deze te programmeren met beschikbare thuisbronnen. Het kan een leuke activiteit zijn voor het hele gezin (zeker in deze periode waarin we vooral thuis zijn). Ik moedig kinderen ook aan om zich bezig te houden met wetenschappen en het gebruik van computers voor educatieve doeleinden (niet alleen voor gamen).

Bedankt voor het interview. Ik vind het erg leuk om te leren over je unieke benadering van het ontwerpen van werkelijk innovatieve robotica. Lezers die meer willen weten, moeten een bezoek brengen aan de Bio-geïnspireerd en medisch robotica laboratorium.