Onderzoekers van Harvard University zijn al jaren bezig met het bouwen van ‘zachte’ robots, die geïnspireerd zijn op de natuur. Deze robots kunnen kruipen, zwemmen, kleine objecten oppakken en zelfs een kloppend hart assisteren. Tot nog toe waren deze robots niet in staat om de wereld zintuiglijk waar te nemen en daarop te reageren, maar daar is verandering in gekomen.
Zintuiglijke waarneming
Met het menselijk lichaam als inspiratiebron, hebben de onderzoekers een platform ontwikkeld waarmee de volgende generatie zachte robots gecreëerd kunnen worden. Deze robots kunnen bewegingen waarnemen, druk en aanrakingen voelen en zelfs de temperatuur ervaren. Dit alles terwijl ze gemaakt zijn van zacht materiaal dat qua structuur vergelijkbaar is met organische stof.
“Ons onderzoek vertegenwoordigt een fundamentele vooruitgang in de zachte robotica,” zegt hoofdonderzoeker Ryan Truby van de School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), onderdeel van de universiteit. “Het productieplatform maakt het namelijk mogelijk om complexe sensoren te verwerken in zachte robotsystemen.”
Inkt op waterbasis
Het verwerken van sensoren in zachte robots is erg complex doordat de meeste sensoren van onbuigzaam materiaal zijn gemaakt. Hiervoor ontwikkelden de onderzoekers een soort op water gebaseerde organische inkt. Met deze inkt kunnen de sensoren in de zachte robotsystemen geprint worden.
“Tot op heden zijn de meeste geïntegreerde sensorsystemen in zachte robotica nogal gebrekkig gebleken,” stelt onderzoeker Michael Wehner van de University of California. “Door de sensoren direct in de zachte robots te printen, banen we de weg vrij voor nieuwe vormen van ontwerp en fabricatie. Dit leidt ertoe dat we meer directe controle kunnen uitoefenen op robots.”
Lees hier meer over ontwikkelingen in de robotica
Nieuwe 3D-printmethode
Om dit te verwezenlijken vertrouwden ze op een nieuwe 3D-printmethode genaamd embedded 3D printing. Met deze techniek kunnen verschillende onderdelen en materialen snel en naadloos verwerkt worden in één integraal model. “De effectiviteit en ontwerpflexibiliteit van deze methode is ongeëvenaard,” vertelt Truby. “De inkt en het 3D-afdrukproces maken het mogelijk om de sensoren en de mechanische aansturing samen te voegen tot één geïntegreerd zacht robotsysteem.”
Om de sensoren te testen, printte het team een zachte robothand met drie aangestuurde vingers. Zo konden ze in kaart brengen in hoeverre de robothand in staat was om spanning, kromming, fysiek contact en temperatuur waar te nemen. Ze voegden daarnaast meerdere contactsensoren toe zodat de hand lichte en zware aanrakingen kon voelen.
Revolutionaire robotica
“Het vakgebied van zachte robotica wordt nog belemmert door ‘verouderde bouwtechnieken waardoor niet alle ontwerpkeuzes gemaakt kunnen worden. En bij het 3D-printen van commerciële producten gebeurt dit overigens ook door het gebruikmaken van goedkoper materiaal,” legt SEAS-onderzoeker Robert Wood uit.
“De technieken die we hebben ontwikkeld kunnen de robotica revolutioneren door in het vakgebied te stoppen met stapsgewijze bouwprocessen. We zijn nu namelijk in staat om complexe, naadloze robots te creëren die zowel over geïntegreerde sensoren als de bijbehorende mechanismen beschikken.”
Het onderzoek werd gepubliceerd in Advanced Materials.
