23/01/2023
Door Ad Spijkers
Onderzoekers hebben een ringvormige zachte robot gemaakt die over oppervlakken kan kruipen na blootstelling aan hoge temperaturen of infrarood licht.
Onderzoekers van North Carolina State University in Raleigh hebben aangetoond dat deze ringbots in staat zijn om een kleine lading over het oppervlak te trekken (in de omgevingslucht of onder water) en door een opening te gaan die smaller is dan de ringmaat.
Samentrekking
De ringbots zijn gemaakt van vloeibaar kristal elastomeren in de vorm van een lusvormig lint, dat lijkt op een armband. Op een oppervlak plaatst dat ten minste 55°C is (heter dan de omgevingslucht) trekt het deel van het lint dat het oppervlak raakt samen. Het deel van het lint dat aan de lucht wordt blootgesteld, trekt niet samen. Dit veroorzaakt een rollende beweging in het lint.
Ook wanneer onderzoekers infrarood licht op de ringbot schijnen, trekt het deel van het lint dat aan het licht wordt blootgesteld samen, terwijl het tegen het licht afgeschermde deel dat niet doet. Ook dit veroorzaakt een rollende beweging in het lint.
In de praktijk betekent dit dat de kruipende ringbot van onder naar boven beweegt wanneer hij op een heet oppervlak wordt geplaatst. Maar bij blootstelling aan infrarood licht begint de beweging van boven naar beneden.
Bistabiel
De ringbots zijn bistabiel: er zijn twee vormen wanneer ze in rust zijn. Als het lint begint te draaien, springt het terug naar zijn oorspronkelijke vorm of springt het naar voren in de andere bistabiele toestand. Door constante warmte of infrarood licht toe te passen, trekt het elastomeer samen en roteert het. Als de ringrobot symmetrisch is, zal hij in wezen op zijn plaats dansen.
Door de vorm van de lus te ontwerpen zodat één kant van de lus permanent gedraaid is, is de structuur asymmetrisch. Hierdoor wordt de lus ongelijkmatig blootgesteld aan hitte of infraroodlicht, waardoor de zachte robot zijdelings over het oppervlak beweegt. Bij plaatsing op een heet oppervlak is het eindresultaat dat de kruipende ringbot zichzelf naar voren trekt. Maar bij blootstelling aan infrarood licht duwt de kruipende ringbot zichzelf naar voren. Zie het als voorwielaandrijving versus achterwielaandrijving.
De onderzoekers toonden ook aan dat de ringbot zijn lichaamsvorm kan aanpassen om zich door een kleine ruimte te persen die meer dan 30% smaller is dan zijn eigen diameter. Wanneer de opening te smal is voor de zachte robot om er doorheen te gaan, richt hij zichzelf op om weg te gaan van de opening.
Toepassing
Het onderzoek is niet gedaan met een specifieke toepassing in gedachten. De wetenschappers laten zien wat er kan worden bereikt als 'fysieke intelligentie' wordt ingebouwd in het materiaal en het ontwerp van de structuur zelf, waardoor deze kan bewegen en door de ruimte kan navigeren zonder berekende input.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Yao Zhao en Jie Yin