22/01/2021
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van de Universiteit Kiel hebben het vangmechanisme van een libelle vertaald naar een grijpmechanisme voor robots.
Het vangmasker van een libelle springt in een fractie van een seconde naar voren om zijn prooi te grijpen. Decennia lang gingen onderzoekers ervan uit dat dit vooral hydraulische voortstuwing zou moeten zijn. Wetenschappers van de Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) zijn er in geslaagd om het biomechanische principe van het valmasker van een libelle te ontcijferen.
De ontwikkeling van een bio-geïnspireerde robot heeft hier toe bijgedragen. Het team onderzoekers paste de functionaliteit van een complexe orale tool aan om de hypothesen te testen. De technologie zou een aanzienlijke verbetering kunnen betekenen voor agile robotsystemen.
Duidelijke bewegingssequenties
Een van de grote voordelen van bio-geïnspireerde robots is de mogelijkheid om ideeën over biologische principes te testen, wat anders heel moeilijk zou zijn. De onderzoekers leren daarbij iets over biologie en ontwikkelen iets technisch toepasbaars.
Met behulp van verschillende interdisciplinaire analysetechnieken kon het onderzoeksteam ontcijferen hoe het vangmasker van een libelle werkt. Uit berekeningen bleek dat de spieren niet genoeg kracht hebben om zonder extra energieopslag de waargenomen bewegingen uit te voeren.
De voortstuwing van de delen van de mond van de libellarven verloopt eerder via een controleerbaar katapultsysteem: een innerlijke, elastische structuur in de kop van de libel die als een veer door een spier wordt aangespannen. Hier wordt de energie van de spier opgeslagen. De twee segmenten van het vangmasker zijn met elkaar verbonden en worden vergrendeld en vrijgegeven door een gemeenschappelijk mechanisme.
Dergelijke systemen zijn wijdverbreid in het dierenrijk; ze zijn bijvoorbeeld te vinden bij sprinkhanen, krekels en bidsprinkhaankreeften. De specialiteit van de libellarve is dat het om een gesynchroniseerd dubbel katapultsysteem gaat. Twee katapulten liggen in één structuur, maar kunnen afzonderlijk worden voorgespannen. Ze werken samen om het vangmasker nauwkeurig te besturen.
Efficiëntere robotsystemen
De onderzoekers hebben de hypothese van het complexe proces gevisualiseerd met behulp van 3D-animaties van de processen. Ook werd duidelijk dat de onafhankelijke aansturing van twee katapulten binnen één systeem een betere controle betekent. De technologie zou kunnen worden gebruikt bij de ontwikkeling van wendbare robots.
Het systeem in Kiel maakt een betere beheersing van een katapultgestuurd proces mogelijk, bijvoorbeeld springen. Dat betekent dat aanvullende besturings- en stabilisatiesystemen kleiner en lichter moeten zijn. Dit zou de prestaties en efficiëntie van dergelijke robots kunnen verhogen.
Om de hypotheses te testen, heeft het onderzoeksteam een robot vervaardigd met behulp van een 3D-printproces. De onderzoekers konden na verschillende structuur- en bewegingsanalyses een functionerende, bio-geïnspireerde robot ontwikkelen die dankzij zijn speciale structuur een dieper inzicht geeft in de werking van het biologische model.
Foto: PxHere