Ingenieurs putten uit de natuur om een zachte robotgrijper te ontwikkelen

Ingenieurs van de Universiteit van Georgia hebben het steeds vaker voorkomende patroon gevolgd om uit de natuur te putten om robots te ontwikkelen. Terwijl het vaak dierlijke kenmerken in de natuur zijn, zoals octopusarmen, ging ditmaal het team op zoek naar stokbonen om een zachte robotgrijper te ontwikkelen.

Het meest inspirerende kenmerk van de stokbonen en andere twijnende planten voor de onderzoekers was hun aanraakgevoelige scheuten, die worden gebruikt om zich om steunen te wikkelen. De robot die door het UGA-team is ontwikkeld, kan op een soortgelijke manier werken, waarbij hij voorwerpen stevig maar zachtjes vastgrijpt, tot een diameter van één millimeter.

Mable Fok is een associate professor en de hoofdauteur van de studie.

“We hebben verschillende ontwerpen geprobeerd, maar we waren niet tevreden met de resultaten, toen herinnerde ik me de stokbonen die ik een paar jaar geleden in onze tuin had geteeld,” zei Fok. “Deze plant kan zich zo stevig aan andere planten of touwen vasthouden. Dus deed ik wat onderzoek naar twijnende planten en dacht dat het een goed ontwerp uit de natuur was om te onderzoeken.”

De nieuwe studie is gepubliceerd in het tijdschrift Optics Express.

Het team bestond ook uit Mei Yang en Ning Liu, Ph.D.-kandidaten in ingenieurswetenschappen; Liam Paul Cooper, die een undergraduate-student is in computersystemen; en Xianqiao Wang, associate professor in de College of Engineering. 

“Onze robot’s twijnende actie vereist slechts één pneumatische controle, wat de bediening enorm vereenvoudigt door het elimineren van de noodzaak voor complexe coördinatie tussen meerdere pneumatische controles,” vervolgde Fok. “Aangezien we een unieke twijnende beweging gebruiken, werkt de zachte robotgrijper goed in beperkte ruimtes en heeft hij slechts een kleine operationele ruimte nodig.”

Het robotapparaat

Een ander uniek kenmerk van het UGA-apparaat is een ingebouwde sensor die kritische real-time feedback biedt, waardoor het zich onderscheidt van andere robots op de markt.

“We hebben een glasvezelsensor in het midden van de robot’s elastische ruggengraat ingebouwd, die de twijnende hoek, de fysieke parameters van het doelwit en eventuele externe storingen die het doelwit los kunnen maken, kan detecteren,” zei Fok.

De zachte robotgrijper is iets langer dan drie inch en is gemaakt van silicone. De onderzoekers geloven dat hij kan worden toegepast in sectoren zoals landbouw, geneeskunde en onderzoek. Specifieke toepassingen zijn onder meer het verpakken van landbouwproducten zoals delicate planten, chirurgische robots en het behandelen van onderzoeksmonsters in glazen buizen.

De studie heeft de effectiviteit van de zachte robotgrijper aangetoond bij het grijpen van voorwerpen zoals potloden en kwasten. Het was in staat om te werken met een voorwerp zo klein als een dunne draad op een rechtgezette paperclip. Bovendien is het apparaat effectief, heeft het een uitstekende herhaalbaarheid, een hoge twijnende nauwkeurigheid en een precieze externe storingdetectie.

Het team zal nu werken aan het verbeteren van de automatische feedbackcontrole, die de glasvezelsensordata zal bieden. Ze zullen ook proberen het ontwerp te miniaturiseren, waardoor het meer geschikt wordt als een biomedisch apparaat.

“Deze twijnende zachte robot met zijn ingebouwde glasvezelsensor vormt een bouwsteen voor een meer omvattende zachte robot. Het hebben van een eenvoudiger ontwerp en bediening is absoluut een voordeel,” zei Fok.