“Hersenloze” zachte robot navigeert door complexe omgevingen in doorbraak in de robotica

In het evoluerende veld van de robotica hebben onderzoekers een nieuwe doorbraak geïntroduceerd: een zachte robot die geen menselijke of computersturing nodig heeft om zelfs in complexe omgevingen te navigeren. Deze nieuwe uitvinding bouwt voort op eerder werk waarbij een zachte robot basisnavigatievaardigheden demonstreerde in eenvoudiger doolhoven.

Fysieke intelligentie benutten voor navigatie

Jie Yin, de co-corresponderende auteur van de studies en een universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University, werpen licht op deze vooruitgang:

“In ons eerdere werk hebben we aangetoond dat onze zachte robot in staat was zich een weg te banen door een heel eenvoudig hindernisparcours. Hij kon echter niet keren, tenzij hij een obstakel tegenkwam. Deze beperking zorgde ervoor dat de robot soms bekneld kon raken en heen en weer stuiterde tussen parallelle obstakels.”

Hij voegde eraan toe: “We hebben een nieuwe zachte robot ontwikkeld die zelfstandig kan draaien, waardoor hij kronkelige doolhoven kan doorkruisen en zelfs om bewegende obstakels heen kan gaan. Dit alles wordt bereikt met behulp van fysieke intelligentie, niet afhankelijk van de begeleiding van een computer.”

De term 'fysieke intelligentie' duidt op het intrinsieke gedrag van dynamische objecten, zoals zachte robots, gedefinieerd door hun structurele ontwerp en materialen, in plaats van door externe menselijke of computerinterventie.

Dit nieuwe soort zachte robots maakt gebruik van lintachtige vloeibare kristalelastomeren. Wanneer ze op een oppervlak worden geplaatst dat warmer is dan de omringende lucht, met name boven de 55 graden Celsius (131 graden Fahrenheit), trekt het lint dat in contact komt met het oppervlak samen terwijl het blootgestelde deel onveranderd blijft. Deze discrepantie veroorzaakt een rollende beweging, die versnelt met de temperatuur van het oppervlak.

Innovatie door asymmetrie

Het onderscheidende aspect van deze robot ligt in het ontwerp. In tegenstelling tot zijn symmetrische voorganger bestaat de nieuwe versie uit twee afzonderlijke helften. Het ene segment strekt zich uit in een rechte lijn die lijkt op een gedraaid lint, terwijl het andere een strak gewikkeld lint weerspiegelt dat spiraalvormig als een trap loopt.

Deze afwijking in het ontwerp leidt ertoe dat het ene robotuiteinde meer kracht uitoefent dan het andere, waardoor een niet-lineaire beweging ontstaat. Yao Zhao, de eerste auteur van het artikel en postdoctoraal onderzoeker bij NC State, legt het principe uit: “Denk aan een plastic beker met een bredere mond dan de basis. Als je hem rolt, volgt hij geen recht traject, maar maakt hij een boog over een oppervlak. Dat is het effect van het asymmetrische ontwerp.”

Zhao legt verder uit: “Het concept achter onze nieuwe robot is vrij eenvoudig: dankzij het asymmetrische ontwerp draait hij autonoom zonder dat er objectcontact nodig is. Dus hoewel hij zijn pad nog steeds kan verleggen als hij een object tegenkomt – een eigenschap die hem in staat stelt doolhoven te doorkruisen – kan hij niet vast komen te zitten tussen parallelle barrières. Dankzij de boogvormige beweging kan hij effectief naar buiten wiebelen.”

Uit tests met deze robot bleek dat hij in staat was om door ingewikkelde doolhoven te manoeuvreren, zelfs door doolhoven met bewegende muren. Het is indrukwekkend dat hij zich door gaten kan wurmen die kleiner zijn dan zijn eigen grootte. Deze tests werden uitgevoerd op diverse terreinen, zoals metalen oppervlakken en zand.

Dit baanbrekende werk introduceert een innovatief perspectief op zachte robotontwerpen. Zoals Yin stelt: “Dit werk is een nieuwe stap voorwaarts in het helpen van ons bij het ontwikkelen van innovatieve benaderingen van het ontwerp van zachte robots – vooral voor toepassingen waarbij zachte robots omgevingswarmte-energie kunnen benutten.”

Naarmate de wereld van de robotica groeit, lijkt het potentieel van dergelijke ‘hersenloze’ zachte robots in toepassingen in de echte wereld grenzeloos.