07/05/2021
Door Ad Spijkers
Met snel groeiende eisen aan gezondheidszorgsystemen besteden verpleegkundigen doorgaans tot maar 40% van hun tijd aan directe zorgtaken, vaak voor veel patiënten en met weinig resterende tijd. Robots die haren borstelen, kunnen hulp en verlichting bieden.
Het lijkt een radicale vorm van 'zelfzorg', maar slimme robots voor zaken als scheren, haren wassen en make-up zijn niet nieuw. Reeds in 2011 ontwikkelde Panasonic een robot die haren kon wassen, masseren en zelfs föhnen. Deze was expliciet ontworpen om 'een veilig en comfortabel leven voor ouderen en mensen met beperkte mobiliteit te ondersteunen en tegelijkertijd de last van zorgverleners te verminderen'. Toen al.
Haren kammende robots bleken echter minder onderzocht te zijn. Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology en Harvard University ontwikkelden een robotarmopstelling met een sensorische zachte borstel. De robot is uitgerust met een camera die hem helpt om krullen te 'zien' en te beoordelen, zodat hij een delicate en tijdbesparende uitborsteling kan plannen.
De controlestrategie past zich aan aan de mate van verwarring in het kapsel. De onderzoekers stelden RoboWig op de proef door pruiken te borstelen die variëren van steil haar tot zeer krullend haar.
Technologie
Hoewel de hardware-setup van RoboWig er futuristisch en glanzend uitziet, is het het onderliggende model van de haarvezels wat telt. Het onderzoeksteam koos er voor om verstrengelde haren voor te stellen als sets van ineengestrengelde dubbele helices - denk aan klassieke DNA-strengen. Dit leverde belangrijke inzichten op in wiskundige modellen en controlesystemen voor het manipuleren van bundels zachte vezels. De onderzoekers voorzien een breed scala aan toepassingen in de textielindustrie, dierenverzorging en andere vezelachtige systemen.
Door een model van verwarde vezels te ontwikkelen, begrepen de onderzoekers vanuit een modelgebaseerd perspectief hoe haren verstrengeld moeten zijn. Dat begint vanaf de onderkant en langzaam naar boven toe om 'vastlopen' van de vezels te voorkomen. Iedereen die haren heeft geborsteld weet dat uit ervaring, maar het is nu te demonstreren met behulp van een model en dat is te gebruiken om een robot te informeren.
Kammen is een ingewikkelde taak. Elke haardos is anders en het ingewikkelde samenspel tussen haren bij het kammen kan gemakkelijk tot knopen leiden. Wat meer is, als de verkeerde kan strategie wordt gebruikt, kan het proces pijnlijk en schadelijk voor de haren zijn. Eerder onderzoek op het gebied van borstelen was voornamelijk gericht op de mechanische, dynamische en visuele eigenschappen van haar. Bij de RoboWig lag de verfijnde focus op klitten en kamgedrag.
Uitvoering
Om het haar te borstelen en te manipuleren, hebben de onderzoekers een sensorborstel met zachte haren aan de robotarm toegevoegd, zodat de krachten tijdens het kammen kunnen worden gemeten. Ze combineerden deze opstelling met een closed loop regelsysteem. Dit werkt met een force feedback van de borstel, een regelmethode die de gebruiker laat voelen wat het apparaat doet. Hierdoor kan de lengte van een slag kon worden geoptimaliseerd, rekening houdend met zowel de potentiële 'pijn' als de tijd die nodig is om te kammen.
De eerste tests werden uitgevoerd op een aantal pruiken met verschillende haarstijlen en typen. Het model gaf inzicht in het gedrag van het kammen, gerelateerd aan het aantal verwikkelingen. Ook gaf die inzicht hoe de haren efficiënt en effectief konden worden uitgeborsteld door de juiste slaglengtes te kiezen. Voor krullend haar zouden bijvoorbeeld de pijnkosten domineren, dus kortere borstellengtes waren optimaal.
Naar de praktijk
Het team wil uiteindelijk realistische experimenten op mensen uitvoeren, om de prestaties van de robot met betrekking tot hun pijnbeleving beter te begrijpen. Dit is een subjectieve waardering, wat de een als 'pijnlijk' ervaart, kan voor een ander juist 'prettig' zijn.
Om robots in staat te stellen hun vermogens uit te breiden tot complexere taken zoals het borstelen van haar, is niet alleen nieuwe veilige hardware nodig. Ook is inzicht nodig in het complexe gedrag van zacht haar en verwarde haren. Behalve voor het borstelen van haren kunnen de inzichten worden toegepast op het borstelen van vezels voor textiel of dierlijke vezels.
Foto: MIT