27/06/2024
Door Ad Spijkers
Een door licht geactiveerd slim materiaal regelt de glijmodus van een robot in de vorm van kunstmatig esdoornzaad.
Onderzoekers van Tampere University (Finland) en de University of Pittsburgh hebben een kleine robot ontwikkeld die de luchtdans van vallende esdoornzaden nabootst. In de toekomst zou deze robot kunnen worden gebruikt voor real-time bewaking van de omgeving of het afleveren van kleine monsters. Dat kan zelfs op ontoegankelijk terrein zoals woestijnen, bergen of kliffen, of op open zee. Deze technologie zou behulpzaam kunnen zijn bij zoek- en reddingsacties, onderzoek naar bedreigde diersoorten of bewaking van infrastructuur.
Esdoornzaad
In de natuur verspreidt esdoorn zich naar nieuwe groeiplaatsen met behulp van vliegende vleugels in hun samara (de droge vrucht). De vleugels helpen het zaad te roteren terwijl het valt, waardoor het in een zacht briesje kan glijden. De configuratie van deze vleugels bepaalt hun glijpad.
In Tampere werken onderzoekers op het grensvlak van natuurkunde, zachte mechanica en materiaalkunde. Ze haalden inspiratie uit de natuur om polymere glijstructuren te ontwerpen die met licht kunnen worden bestuurd. De Finse en Amerikaans onderzoekers gebruikten een door licht geactiveerd slim materiaal om de glijmodus van een kunstmatig esdoornzaad te regelen.
Volgens de onderzoekers kan het kunstmatige esdoornzaad actief worden gestuurd met behulp van licht. De verspreiding van de robot in de wind kan actief worden afgestemd om een reeks glijbanen te bereiken. In de toekomst kan de robot worden voorzien van verschillende microsensoren voor bewaking van de omgeving of worden gebruikt voor het afleveren van bijvoorbeeld kleine bodemmonsters.
Aanpassingsvermogen
De onderzoekers lieten zich inspireren door de verscheidenheid aan glijdende zaden van Finse bomen, die elk een uniek vluchtpatroon vertonen. De fundamentele vraag was of de structuur van deze zaden kon worden nagebootst met behulp van kunstmatige materialen om een soortgelijke door de lucht gecontroleerde elegantie te bereiken, gecontroleerd door licht.
De kleine lichtgestuurde robots zijn ontworpen om in de atmosfeer te worden losgelaten, waarbij ze gebruik maken van passieve vluchten. Het doel is dat ze zich wijd verspreiden via interacties met omringende luchtstromen. Uitgerust met GPS en verschillende sensoren kunnen ze real-time bewaking bieden van lokale omgevingsindicatoren zoals pH-niveaus en concentraties van zware metalen.
Ontwikkeling
Geïnspireerd door de samara van de natuurlijke esdoorncreëerde het team een op azobenzeen gebaseerd, licht vervormbaar vloeibaar-kristal-elastomeer. Dit maakt een omkeerbare fotochemische vervorming mogelijk om de aerodynamische eigenschappen nauwkeurig af te stemmen. De kunstmatige esdoornzaden zijn wat betreft instelbare eindsnelheid, rotatiesnelheid en zweefposities beter dan hun natuurlijke tegenhangers. Door zelfrotatie worden door de wind ondersteunde langeafstandsreizen verbeterd.
Of het nu gaat om zaden, bacteriën of insecten, de natuur biedt slimme sjablonen om zich te verplaatsen, te voeden en zich voort te planten. Vaak komt dit via een eenvoudig, maar opmerkelijk functioneel mechanisch ontwerp. Dankzij de vooruitgang in materialen die lichtgevoelig zijn, kunnen wetenschappers mechanisch gedrag op bijna moleculair niveau dicteren.
Ze kunnen nu microrobots, drones en sondes creëren die niet alleen ontoegankelijke gebieden kunnen bereiken, maar ook kritische informatie aan de gebruiker kunnen doorgeven. Dit kan een stap voorwaarts zijn op terreinen als onderzoek en redding, onderzoek naar bedreigde of invasieve diersoorten, of bewaking van de infrastructuur.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Jianfeng Yang, Tampere University