Wetenschappers grijpen vaak terug op de natuur bij het ontwerpen van robots – sommige robots bootsen menselijke handen na, terwijl anderen octopusarmen of wormen simuleren. Onderzoekers van de University of Georgia College of Engineering hebben een nieuwe zachte robotgrijper ontworpen die inspiratie haalt uit een ongebruikelijke bron: bonen.
Poolbonen en andere twijnplanten gebruiken hun aanraakgevoelige scheuten om zich als touwen om steunen te wikkelen om naar boven te groeien. De robot van het UGA-team is op een vergelijkbare manier ontworpen om stevig maar voorzichtig objecten met een diameter van slechts 1 millimeter vast te pakken.
“We hebben verschillende ontwerpen geprobeerd, maar we waren niet blij met de resultaten. Toen herinnerde ik me de bonen die ik een paar jaar geleden in onze tuin had verbouwd”, zegt Mable Fok, universitair hoofddocent en hoofdauteur van het onderzoek. “Deze plant kan zich stevig aan andere planten of touw vasthouden. Dus ik deed wat onderzoek naar twijnplanten en dacht dat het een goed ontwerp uit de natuur was om te verkennen.”
Onderzoek
In een nieuw onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Optics Express, zeggen de onderzoekers dat hun zachte robotachtige spiraalgrijper verschillende voordelen biedt ten opzichte van bestaande robotapparatuur.
“De twijnactie van onze robot vereist slechts een enkele pneumatische bediening, wat de bediening enorm vereenvoudigt door de noodzaak voor complexe coördinatie tussen meerdere pneumatische bedieningselementen te elimineren”, aldus Fok. “Omdat we een unieke twijnbeweging gebruiken, werkt de zachte robotgrijper goed in krappe ruimtes en heeft hij slechts een kleine werkruimte nodig.”
Het biedt nog een verbetering ten opzichte van veel bestaande robotica: een ingebouwde sensor om real time feedback te geven.
Optische sensor
“We hebben een glasvezelsensor ingebouwd in het midden van de elastische ruggengraat van de robot die de kronkelhoek, de fysieke parameters van het doelwit en eventuele externe storingen die het doelwit kunnen loslaten, kan detecteren”, aldus Fok.
De onderzoekers geloven dat hun zachte robotgrijper – iets meer dan 7,5 cm lang en gemaakt van siliconen – nuttig kan zijn in veel omgevingen, waaronder landbouw, geneeskunde en onderzoek. Toepassingen zijn onder meer het selecteren en verpakken van landbouwproducten die een zachte aanraking vereisen, zoals planten en bloemen, chirurgische robotica, of het selecteren en vasthouden van onderzoeksmonsters in fragiele glazen buizen tijdens experimenten.
In hun onderzoek zegt het onderzoeksteam dat de spiraalgrijper effectief is gebleken bij het grijpen van voorwerpen zoals potloden en verfborstels – zelfs een item zo klein als de dunne draad van een rechtgetrokken paperclip. Het apparaat vertoonde ook een uitstekende herhaalbaarheid, een hoge nauwkeurigheid van twiningdetectie en nauwkeurige detectie van externe storingen.
Feedback
Naast Fok omvat het onderzoeksteam Mei Yang en Ning Liu, beiden Ph.D. kandidaten in engineering; Liam Paul Cooper, een student die computersysteemtechniek studeert; en Xianqiao Wang, een universitair hoofddocent aan het College of Engineering.
Het team is van plan zijn werk voort te zetten met het oog op het verbeteren van de automatische feedback op basis van de metingen van de optische vezelsensor. Ze willen ook onderzoeken hoe het ontwerp kan worden verkleind om als basis te dienen voor een biomedische robot.
“Deze kronkelende zachte robot met zijn ingebouwde optische vezelsensor vormt een bouwsteen voor een uitgebreidere zachte robot. Een eenvoudiger ontwerp en bediening is zeker een voordeel”, aldus Fok.
