Onderzoekers kunnen zachte robots op afstand besturen en opnieuw configureren

 Onderzoekers van de North Carolina State University en de Elon University hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om zachte robots op afstand te besturen en opnieuw te configureren. Zij konden de robots besturen, ze op slot zetten in één positie en ze opnieuw configureren zodat ze verschillende vormen konden aannemen. Het team van onderzoekers kon dit ontwikkelen met behulp van licht en magnetische velden. 

Joe Tracy, een van de professoren in materiaalwetenschap en -techniek aan NC State en auteur van het artikel over het nieuwe onderzoek, sprak over de ontwikkelingen. 

“We zijn vooral enthousiast over de herconfiguratie,” zei hij. “Door de eigenschappen van het materiaal te ontwerpen, kunnen we de beweging van de zachte robot op afstand besturen; we kunnen het een bepaalde vorm laten aannemen; we kunnen de robot dan terugbrengen naar zijn oorspronkelijke vorm of de beweging verder modificeren; en we kunnen dit herhaaldelijk doen. Al deze dingen zijn waardevol, in termen van de bruikbaarheid van deze technologie in biomedische of ruimtevaarttoepassingen.” 

De zachte robots die de onderzoekers gebruikten, waren gemaakt van een polymeer dat was ingebed met magnetische ijzermicrodeeltjes. Normaal gesproken is dit type materiaal niet flexibel en blijft het in zijn vorm. Wat anders is aan het materiaal dat de onderzoekers gebruikten, is dat wanneer ze het opwarmden met licht van een lichtemitterende diode (LED), het polymeer flexibel werd. 

De onderzoekers gebruikten vervolgens een magnetisch veld om de vorm van de zachte robots op afstand te veranderen en te besturen. Zodra de robot de vorm had die de onderzoekers wilden, verwijderden ze het LED-licht. Zodra het licht was verwijderd, werd de robot stijf again. Deze keer was het in de nieuwe vorm. Het LED-licht werd vervolgens opnieuw toegepast en verwijderden ze het magnetische veld. Op dat moment konden de zachte robots terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm. Als ze niet wilden dat de robot terugkeerde naar zijn oorspronkelijke vorm, konden ze het licht opnieuw toepassen en het magnetische veld gebruiken om nog meer vormen te creëren. 

Deze zachte, flexibele robots hebben het potentieel om voor veel verschillende dingen te worden gebruikt. De onderzoekers konden ze gebruiken om objecten op te tillen en te vervoeren, en ze werden ook gebruikt als cantilevers. 

Jessica Liu, de eerste auteur van het artikel, sprak over de nieuwe techniek. 

“We zijn niet beperkt tot binaire configuraties, zoals een grijper die open of dicht is,” zei ze. “We kunnen het licht besturen om ervoor te zorgen dat een robot zijn vorm vasthoudt op elk gewenst punt.”

De onderzoekers creëerden ook een computationeel model. Dit kan worden gebruikt om een snellere en efficiëntere ontwerpproces voor zachte robots te creëren. Zij kunnen de vorm van de robot, de dikte van het polymeer, de hoeveelheid ijzermicrodeeltjes in het polymeer en de grootte en richting van het magnetische veld aanpassen. Dit kan allemaal worden gedaan voordat ze het prototype construeren. 

“De volgende stappen omvatten het optimaliseren van het polymeer voor verschillende toepassingen,” zei Joe Tracy. “Bijvoorbeeld, het ontwerpen van polymeren die reageren bij verschillende temperaturen om te voldoen aan de specifieke toepassingen.” 

Het artikel van de onderzoekers werd gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances. Het heet “Photothermally Magnetically Controlled Reconfiguration of Polymer Composites for Soft Robotics.” 

De medeauteurs zijn onder anderen Jonathan Gillen, voormalig undergraduate aan NC State; Sumeet Mishra, voormalig PhD-student aan NC State; en Benjamin Evans, associate professor of physics aan Elon University.