16/03/2023
Door Ad Spijkers
Dynamische bistabiele zachte actuatoren zorgen voor verschillende vormen van voortbeweging.
De meeste dieren kunnen indien nodig snel overschakelen van lopen naar springen naar kruipen naar zwemmen zonder zichzelf opnieuw te configureren of grote aanpassingen te maken. De meeste robots kunnen dat niet. Onderzoekers van Carnegie Mellon University in Pittsburgh hebben zachte robots gemaakt die naadloos kunnen overschakelen van bijvoorbeeld lopen naar zwemmen, of van kruipen naar rollen.
Bistabiele actuator
De onderzoekers werden door de natuur geïnspireerd om een robot te ontwikkelen die verschillende taken kan uitvoeren. Ook kan deze zich aanpassen aan zijn omgeving zonder toevoeging van actuatoren of complexiteit. De bistabiele actuator is eenvoudig, stabiel en duurzaam en legt de basis voor toekomstig werk aan dynamische, herconfigureerbare zachte robotica.
De bistabiele actuator is gemaakt van 3D-geprint zacht rubber met veren van een vormgeheugenlegering. Deze reageren op elektrische stromen door samen te trekken, waardoor de actuator buigt. Het team gebruikte de bistabiele beweging om de vorm van de actuator of robot te veranderen. Zodra de robot van vorm verandert, is hij stabiel totdat een andere elektrische lading hem terugbrengt naar zijn vorige configuratie.
Bouw
Overeenkomen met hoe dieren overgaan van lopen naar zwemmen naar kruipen naar springen is een grote uitdaging voor bio-geïnspireerde en zachte robotica. Een van de robots die het team heeft gemaakt, heeft bijvoorbeeld vier gebogen actuatoren. Deze zijn bevestigd aan de hoeken van een lichaam ter grootte van een mobiele telefoon. Op het land fungeren de gebogen actuatoren als poten, waardoor de robot kan lopen. In het water veranderen de bistabiele actuatoren de vorm van de robot, waardoor de gebogen actuatoren in een ideale positie komen om als propellers te fungeren zodat hij kan zwemmen.
Er zijn benen nodig om op het land te lopen en een propeller om in het water te zwemmen. Het bouwen van een robot met afzonderlijke systemen die voor elke omgeving zijn ontworpen, voegt complexiteit en gewicht toe. De onderzoekers gebruiken hetzelfde systeem voor beide omgevingen om een efficiënte robot te creëren. Het team creëerde ook twee andere robots: eentje kan kruipen en springen, eentje is geïnspireerd door rupsen en pillenkevers die kunnen kruipen en rollen.
De actuatoren hebben slechts honderd milliseconden elektrische lading nodig om van vorm te veranderen, en ze zijn duurzaam. Het team liet een persoon een paar keer op een fiets over een van de actuatoren rijden en de vormen van hun robots honderden keren veranderen om de duurzaamheid te demonstreren.
Toekomst
Er zijn veel interessante scenario's waarin energie-efficiënte en veelzijdige robots zoals deze nuttig kunnen zijn. In de toekomst zouden de robots kunnen worden gebruikt in reddingssituaties of om te communiceren met zeedieren of koraal. Het gebruik van door warmte geactiveerde veren in de actuatoren kan toepassingen openen in omgevingsbewaking, haptiek en herconfigureerbare elektronica en communicatie.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Carnegie Mellon University