Zachte Robotica Wordt Beter Met Flexibele Pomp

Wetenschappers van de Ecole Polytechnique Fedérale de Lausanne hebben een miniatuurpomp ontwikkeld die de effectiviteit van autonome zachte robots, lichtgewicht exoskeletten en slimme kleding zal verhogen.

De meeste van onze huidige zachte robots zijn gemaakt van silicone, rubber en rekbaar polymere materialen. In tegenstelling tot de harder of traditionele robots, kunnen zachte robots zich efficiënter bewegen in complexe omgevingen, kwetsbare voorwerpen hanteren en worden gebruikt in veel robot-mensverbindingen. Sommige van de gebieden waarin ze worden gebruikt, zijn revalidatie-exoskeletten en robotkleding. Soft-bio-achtige robots zouden op den duur mogelijk gevaarlijke en afgelegen omgevingen veiliger kunnen verkennen dan mensen.

De zachte robots die we nu hebben, bevatten rigide en lawaaierige pompen die worden gebruikt om vloeistof in belangrijke gebieden te pompen. Dit beperkt de mogelijkheden van zachte robots, omdat hun mobiliteit en autonomie worden beperkt door de pompen en buizen.

Onderzoekers van het Soft Transducers Laboratory (LMTS) en het Laboratory of Intelligent Systems (LIS) van de EPFL, samen met onderzoekers van het Shibaura Institute of Technology in Tokio, Japan, zijn verantwoordelijk voor deze nieuwe ontwikkelingen. De twee groepen zijn de eerste die een volledig zachte pomp hebben ontwikkeld, tot en met de elektroden. De nieuwe pomp weegt ongeveer één gram en is volledig stil terwijl hij een zeer kleine hoeveelheid energie gebruikt. De stroom komt van een 2 cm bij 2 cm circuit en een oplaadbare batterij. Deze nieuwe pomp zou ook de noodzaak om tethers te gebruiken, kunnen elimineren.

Herbert Shea, de directeur van het LMTS, sprak over de nieuwe technologie.

“Als we grotere robots willen activeren, verbinden we meerdere pompen met elkaar,” zei Shea. “We beschouwen dit als een paradigmaswitch in het veld van zachte robotica.”

De onderzoekers publiceerden hun werk in een artikel in Nature.

Een andere manier waarop de zachte pompen kunnen worden gebruikt, is om vloeistoffen door slimme kleding te circuleren. Ze zouden dit doen door de vloeistoffen te verplaatsen in dunne, flexibele buizen die in de kleding zijn ingebed. Er zijn veel mogelijkheden voor dit, waaronder het koelen en verwarmen van verschillende delen van het lichaam door de vloeistoffen daarheen te verplaatsen. Veel beroepen zouden baat hebben bij deze technologie, waaronder chirurgen, atleten en piloten.

De nieuwe zachte pompen zijn “gebaseerd op het fysieke mechanisme dat vandaag wordt gebruikt om de koelvloeistof in systemen zoals supercomputers te circuleren.” De lay-out van de pomp omvat een buisvormige kanaal van 1 mm in diameter, en daarbinnen zijn er rijen gedrukte elektroden. In de pomp zit een dielektrische vloeistof. Spanningen worden toegepast, en elektronen gaan van de elektroden naar de vloeistof. Dit zorgt ervoor dat sommige moleculen elektrisch geladen worden. Deze moleculen worden dan aangetrokken door andere elektroden, en ze trekken de vloeistof door de buis met zich mee. Volgens Vito Cacucciolo, een postdoctoraal onderzoeker aan het LMTS en de leidende auteur van de studie, “kunnen we de stroom versnellen door het elektrische veld aan te passen, en het blijft volledig stil.”

Deze technologie wordt al getest in sommige gebieden. De onderzoekers konden de pomp met succes in een robotvinger implanteren die vaak in robotlaboratoria wordt gebruikt. De onderzoekers werken ook samen met het laboratorium van Koichi Suzumori in Japan. Daar werken ze aan vloeistofgestuurde kunstmatige spieren en flexibele exoskeletten.

Het team van onderzoekers heeft de nieuwe technologie ook gebruikt in een stoffen handschoen. De handschoen heeft buizen doorheen die vloeistof kunnen vervoeren om verschillende delen van de handschoen te verwarmen en te koelen. “Het werkt een beetje zoals uw thuisverwarming- en koelsysteem,” zei Cacucciolo.

Deze nieuwe technologie zal verder worden ontwikkeld en het is waarschijnlijk dat het bedrijven uit verschillende velden zal aantrekken. Sommigen hebben al vroeg interesse getoond. Er zijn veel mogelijkheden met de nieuwe zachte robots en rekbaar pompen die kunnen helpen bij de ontwikkeling van veel mens-robotinterfaceproducten