Fysici maken doorbraak bij volgende generatie vorm-veranderende robots

Een team van fysici aan de Universiteit van Bath heeft een nieuwe manier ontdekt om zachte robots te coaten met materialen die hen in staat stellen om beter te bewegen en te functioneren. Deze nieuwe doorbraak zal leiden tot de volgende generatie vorm-veranderende robots.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances.

Grote doorbraak op het gebied van actieve materie

Volgens de auteurs van de studie kan deze doorbraak op het gebied van ‘actieve materie’ een belangrijke ommekeer zijn in de ontwerp van robots. Als het concept verder wordt ontwikkeld, kunnen experts uiteindelijk de vorm, het gedrag en de beweging van een zachte vaste stof bepalen door menselijke activiteit op het oppervlak, in plaats van door de natuurlijke elasticiteit.

Het oppervlak van de meeste zachte materialen krimpt ineen tot een bol, net zoals waterdruppels zich vormen. Dit gebeurt door het oppervlak van vloeistoffen en andere zachte materialen dat van nature samentrekt tot het kleinste mogelijke oppervlak. Echter, actieve materie kan worden ontworpen om dit patroon niet te volgen.

Met deze technieken en actieve materie hopen experts dat de volgende generatie machines zal bestaan uit veel individuele actieve eenheden die samenwerken om de beweging en functie van de machine te bepalen. Voorheen werden deze machines bestuurd door een centrale controller. Het nieuwe ontwerp is vergelijkbaar met de manier waarop onze eigen biologische weefsels functioneren.

Ontwerp van nieuwe zachte machines

Wetenschappers kunnen dit ontwerp gebruiken om zachte machines te maken met armen die bestaan uit flexibele materialen die worden aangedreven door robots die in het oppervlak van de materialen zijn geïntegreerd. Een andere mogelijkheid is het veranderen van de grootte en vorm van drugbezorgingscapsules door het oppervlak van nanopartikels te coaten met een responsief en actief materiaal.

Volgens Dr. Jack Binysh, de eerste auteur van de studie, is een van de meest interessante aspecten van de nieuwe ontwikkeling dat het onze kijk op de “vertrouwde regels van de natuur” uitdaagt.

“Actieve materie laat ons naar de vertrouwde regels van de natuur kijken – regels zoals het feit dat oppervlaktespanning positief moet zijn – in een nieuw licht. Het zien van wat er gebeurt als we deze regels breken en hoe we de resultaten kunnen benutten, is een spannende plek om onderzoek te doen”, zegt Dr. Binysh.

Dr. Anton Souslov is een van de auteurs van het onderzoek.

“Deze studie is een belangrijk bewijs van concept en heeft veel nuttige implicaties. Bijvoorbeeld, toekomstige technologie kan zachte robots produceren die veel squishier zijn en beter zijn in het oppakken en manipuleren van delicate materialen”, zegt Dr. Souslov.

De onderzoekers ontwikkelden theorie en simulaties om een 3D-zachte vaste stof met een oppervlak te beschrijven dat actieve spanningen ervaart. De resultaten toonden aan dat de actieve spanningen het oppervlak van het materiaal uitbreiden en de vaste stof eronder trekken, waardoor een globale vormverandering optreedt. De vorm die de vaste stof aanneemt, kan vervolgens worden veranderd door de elastische eigenschappen van het materiaal te veranderen.

Het team van onderzoekers zal nu proberen om dit principe toe te passen om specifiekere robots te ontwerpen en zal dieper ingaan op collectief gedrag en wat er gebeurt als meerdere actieve vaste stoffen samen worden gepakt.