04/05/2022
Door Ad Spijkers
Wetenschappers aan het MIT hebben een ontwerp- en fabricagetool gemaakt voor zachte pneumatische actuators met geïntegreerde detectie.
Zachte, pneumatische aandrijvingen gebruiken perslucht om bewegingen aan te drijven. In combinatie met detectiemogelijkheden hebben ze bewezen een cruciale ruggengraat te zijn in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals ondersteunende wearables, robotica en revalidatietechnologieën.
Maar er is een knelpunt bij het maken van de kleine dynamische apparaten met hoge responspercentages en vermogen-naar-invoer verhoudingen. Ze vereisen handmatige ontwerp en fabricage, wat zich vertaalt in vallen en opstaan om daadwerkelijk te testen of de ontwerpen zullen werken. Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology bedachten een schaalbare manier voor het computergestuurd ontwerpen en digitaal fabriceren van zachte pneumatische actuators: PneuAct.
Pneumatische handschoen
De handschoen van het team kan door een mens worden gedragen als aanvulling op de beweging van de vingerspieren, waardoor de hoeveelheid spieractiviteit die nodig is om taken en bewegingen uit te voeren, wordt geminimaliseerd. Dit kan veel potentieel hebben voor mensen met letsel, beperkte mobiliteit of ander trauma aan de vingers. De methode kan ook worden gebruikt om een exoskelet te maken. Daarvoor maakten de onderzoekers een sleeve die dragers kan helpen hun elleboog, knie of andere lichaamsdelen te buigen. Het systeem is zelfs geschikt om een robot zich te laten voorbewegen (foto).
Digitaal machinaal breien, een veelgebruikte productiemethode in de hedendaagse textielindustrie, maakt het mogelijk om een ontwerp in één keer te 'printen. Zachte pneumatische aandrijvingen zijn intrinsiek buigzaam en flexibel. In combinatie met intelligente materialen zijn ze een belangrijk onderdeel geworden in veel robots en ondersteunende technologieën. Dankzij snelle fabricage en de nieuwe ontwerptool kan het gemak en de bruikbaarheid worden vergroot.
Sensoren en actuatoren
Eén type detectie dat het team gebruikte, is resistieve drukdetectie, waarbij de actuator druk 'stuurt'. Als een robotgrijper probert iets vast te grijpen, voelt de druksensor hoeveel kracht er op het object word uitgeoefend en constateert hij of de greep succesvol was of niet. Een andere type is capacitief voelen, waarbij de sensor informatie ontvangt over de materialen waarmee de actuator in contact komt.
De actuatoren zijn stevig. Een beperking van het systeem is dat ze beperkt waren tot buisvormige actuatoren, die gemakkelijk 'van de plank' te koop zijn. Een logische volgende stap is het verkennen van actuatoren met verschillende vormen, om te voorkomen dat ze worden beperkt door die ene structuur. Een andere uitbreiding die de wetenschappers zullen onderzoeken, is de uitbreiding van de tool met een taakgestuurd, op optimalisatie gebaseerd ontwerp. Hiebij kunnen gebruikers doelhoudingen en optimale steekpatronen specificeren die automatisch kunnen worden uitgevoerd.
De softwaretool is snel, gebruiksvriendelijk en geeft een nauwkeurig voorbeeld van de ontwerpen van gebruikers. Ze kunnen het proces snel virtueel herhalen terwijl ze maar één keer hoeven te fabriceren. Maar dit proces vereist nog steeds wat vallen en opstaan. De volgende vraag is of een computer kan redeneren hoe textiel fysiek moet worden geprogrammeerd in actuatoren om op waarnemingen gebaseerd gedrag mogelijk te maken.
Foto: screenshot video MIT CSAIL