De biomechanica van cheeta’s heeft onderzoekers van de North Carolina State University op het idee gebracht een snelle robot te ontwikkelen. Het gaat om een nieuw type ‘zachte’ robot die sneller op vaste oppervlakken of in het water kan bewegen dan eerdere generaties zachte robots. Deze zachte robotica is ook in staat om objecten voorzichtig te grijpen , of juist met voldoende kracht zware voorwerpen op te tillen.
“Cheeta’s zijn de snelste wezens op het land, en ze ontlenen hun snelheid en kracht aan het buigen van hun stekels”, zegt Jie Yin, assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University en corresponderend auteur van een paper over de nieuwe zachte robots.
Bistabiele ruggengraat
“We werden geïnspireerd door de cheetah om een soort zachte robot te maken met een veerkrachtige, ‘bistabiele’ ruggengraat, wat betekent dat de robot twee stabiele toestanden heeft,” zegt Yin. “We kunnen snel tussen deze stabiele toestanden schakelen door lucht in kanalen te pompen die de zachte, siliconenrobot bekleden. Schakelen tussen de twee toestanden geeft een aanzienlijke hoeveelheid energie vrij, waardoor de robot snel kracht op de grond kan uitoefenen. Hierdoor kan de robot over het oppervlak galopperen, wat betekent dat zijn voeten de grond verlaten. “Eerdere zachte robots waren crawlers en bleven te allen tijde in contact met de grond. Dit beperkt hun snelheid. ‘
Sneller
De snelste zachte robots tot nu toe konden bewegen met snelheden tot 0,8 lichaamslengte per seconde op vlakke, stevige oppervlakken. De nieuwe klasse van zachte robots, die “Leveraging Elastic instabilities for Amplified Performance” (LEAP) worden genoemd, kunnen snelheden tot 2,7 lichaamslengte per seconde bereiken – meer dan driemaal sneller – bij een lage activeringsfrequentie van ongeveer 3 Hz . Deze nieuwe robots kunnen ook steile hellingen oplopen, wat een uitdaging of onmogelijk kan zijn voor zachte robots die minder kracht op de grond uitoefenen. Deze “galopperende” LEAP-robots zijn ongeveer 7 centimeter lang en wegen ongeveer 45 gram.
Zwemmen
De onderzoekers toonden ook aan dat het LEAP-ontwerp de zwemsnelheden voor zachte robots zou kunnen verbeteren. Door een vin in plaats van voeten te bevestigen, kon een LEAP-robot zwemmen met een snelheid van 0,78 lichaamslengte per seconde, vergeleken met 0,7 lichaamslengte per seconde voor de vorige snelste zwemmende zachte robot.
Samenwerken
“We hebben ook aangetoond dat verschillende zachte robots, zoals een tang, samenwerken om objecten te grijpen”, zegt Yin. “Door de kracht van de robots af te stemmen, konden we voorwerpen zo delicaat als een ei optillen, maar ook voorwerpen met een gewicht van 10 kilogram of meer.”
Toepassingen
De onderzoekers merken op dat dit werk dient als een proof of concept en optimistisch is dat ze het ontwerp kunnen aanpassen om LEAP-robots te maken die nog sneller en krachtiger zijn. “Mogelijke toepassingen zijn zoek- en reddingstechnologieën, waar snelheid essentieel is, en robotica voor industriële productie,” zegt Yin. “Stel je bijvoorbeeld robotica voor productielijnen voor die sneller is, maar toch in staat is om kwetsbare objecten aan te kunnen. “We staan open voor samenwerking met de particuliere sector om de manieren te verfijnen waarop ze deze technologie in hun activiteiten kunnen integreren.”
