Ingenieurs creëren een robot die zich kan bewegen als een rups

Onderzoekers van de Universiteit van Toronto hebben een kleine robot ontwikkeld die zich kan bewegen als een rups. Deze nieuwe technologie kan een impact hebben op verschillende industrieën, waaronder de luchtvaart en slimme technologie.

Het onderzoek is gepubliceerd in Scientific Reports.

De groep onderzoekers bestaat uit Professor Hani Naguib. Het team richt zich op slimme materialen, met name elektrothermische actuatoren (ETAs). ETAs zijn apparaten die zijn gemaakt van bepaalde polymeren die kunnen worden geprogrammeerd om fysiek te reageren op elektrische of thermische veranderingen. Ze kunnen worden geprogrammeerd om spierreflexen na te bootsen en kunnen fysiek reageren op temperatuur door samen te trekken in de kou en te ontspannen wanneer het warm is.

Professor Naguib en het team van ingenieurs gebruiken deze nieuwe technologie in de robotica en ontwikkelen zachte robots die kunnen kruipen en krullen als een rups. Een ander gebied waar ze belangrijk zullen zijn, is in de productie-industrie. De zachte robots kunnen bepaalde metalen robots vervangen die nu bestaan.

“Op dit moment zijn de robots die je in de industrie vindt zwaar, vast en afgeschermd van werknemers op de fabrieksvloer, omdat ze een gevaar vormen voor de veiligheid,” legt Naguib uit.

“Maar de productie-industrie moderniseert om aan de vraag te voldoen. Steeds vaker ligt de nadruk op het integreren van mens-robot-interacties,” zegt hij. “Zachte, aanpasbare robots kunnen die samenwerking benutten.”

De studie van responsieve materialen is al lang gaande, maar de groep van ingenieurs ontdekte een nieuwe manier om ze te programmeren om de rups-achtige robotische bewegingen te creëren.

Volgens de PhD-student en auteur van het artikel, Yu-Chen (Gary) Sun, “Bestaand onderzoek documenteert de programmering van ETAs vanuit een platte rusttoestand. De vorm-programmeerbaarheid van een tweedimensionale structuur is beperkt, dus de reactie is slechts een buigende beweging.”

Het team gebruikte een thermisch geïnduceerde, stress-relaxatie- en uithardingsmethode om een ETA te creëren met een driedimensionale rusttoestand. Dit brengt een geheel nieuwe set van mogelijke vormen en bewegingen met zich mee.

“Wat ook nieuw is, is de kracht die nodig is om de rups-beweging te induceren. De onze is efficiënter dan alles wat tot nu toe in de onderzoeksliteratuur bestond,” zegt Sun.

Volgens Professor Naguib kan deze nieuwe tak van robotica veel industrieën volledig revolutioneren, waaronder beveiliging, luchtvaart, chirurgie en draagbare elektronica.

In situaties waarin mensen in gevaar zouden kunnen komen – een gaslekkage of een brand – zouden we een kruipende robot kunnen uitrussen met een sensor om de gevaarlijke omgeving te meten,” legt Naguib uit. “In de luchtvaart zouden we slimme materialen kunnen zien als de sleutel tot de volgende generatie vliegtuigen met vleugels die kunnen veranderen.”

De eerste toepassingen zullen waarschijnlijk zijn in het gebied van draagbare technologie.

“We werken eraan om dit materiaal toe te passen op kleding. Deze kleding zou kunnen samenpersen of loslaten op basis van lichaamstemperatuur, wat therapeutisch zou kunnen zijn voor atleten,” zegt Naguib. Het team onderzoekt ook of slimme kleding gunstig zou kunnen zijn voor ruggengraatletsels.

Het team van onderzoekers zal nu werken aan het maken van de responsieve kruipende beweging sneller, en ze zullen zich richten op nieuwe configuraties.

“In dit geval hebben we het getraind om zich te bewegen als een worm,” zegt hij. “Maar onze innovatieve aanpak betekent dat we robots kunnen trainen om veel bewegingen na te bootsen – zoals de vleugels van een vlinder.”