Onderzoekers van de Universiteit van Colorado Boulder hebben een modulaire robot ontwikkeld van slechts twee centimeter lang, die passief van vorm kan veranderen om door smalle openingen in verschillende richtingen te bewegen. Ondanks zijn bescheiden gewicht van minder dan een gram, kan deze robot meer dan driemaal zijn eigen gewicht dragen.
De studie, geleid door assistent-professor Kaushik Jayaram van de Paul M. Rady Department of Mechanical Engineering en promovendus Heiko Kabutz, viel onlangs in de prijzen met de Best Paper Award op het gebied van Safety, Security, and Rescue Robotics tijdens de International Conference on Intelligent Robots and Systems 2023 in Detroit.
Dit project bouwt voort op een eerder ontwikkelde miniatuur vormveranderende robot, CLARI, maar is kleiner en sneller. mCLARI kan behendig manoeuvreren in rommelige omgevingen door van vorm te veranderen in plaats van te draaien, wat het bijzonder nuttig maakt voor hulpverleners na grote rampen. De onderzoeksgroep van Jayaram zet hiermee een stap richting insect-schaal robots die zich net als hun dierlijke tegenhangers naadloos kunnen bewegen in natuurlijke omgevingen. Dit wordt bereikt door de aanpasbaarheid van een zachte robot te combineren met de behendigheid van een rigide robot.
De nieuwste versie van de robot is 60% kleiner in lengte en 38% lichter in massa vergeleken met zijn voorganger, terwijl het 80% van de actuatorkracht behoudt. Bovendien is de robot meer dan drie keer zo snel, met een loopsnelheid van 60 millimeter per seconde.
Jayaram en zijn team gebruiken een origami-gebaseerd ontwerp en een laminaat fabricatietechniek, eerder toegepast bij de creatie van een robot genaamd HAMR-Jr. Deze benadering stelt hen in staat om hun ontwerp te verkleinen zonder in te boeten aan mechanische behendigheid, waardoor deze robots dichter bij de grootte van echte toepassingen komen, zoals inspectie en onderhoud van waardevolle activa zoals straalmotoren.
Kabutz, hoofdauteur van de studie, heeft chirurg-achtige handvaardigheid die hem in staat stelt om de kleine beenmodules van de robot te bouwen en te vouwen. Hij groeide op met een fascinatie voor robots en nam deel aan robotcompetities op de middelbare school. “Aanvankelijk was ik geïnteresseerd in het bouwen van grotere robots,” zegt Kabutz, “maar in Jayarams lab raakte ik geïnteresseerd in het bouwen van bio-geïnspireerde robots op insectenschaal.”
Jayaram benadrukt het voordeel van de vervormbaarheid van deze robots. “Doordat ze van vorm kunnen veranderen, kun je ze iets groter maken om meer gewicht te dragen en meer sensoren te hebben. Dit leidt tot een langere levensduur en meer stabiliteit. Maar wanneer nodig, kunnen ze door smalle openingen, zoals inspectiepoorten in straalmotoren, manoeuvreren.”
Het onderzoeksteam van Jayaram bestudeert concepten uit de biologie en past deze toe in het ontwerp van praktische technische systemen. In zijn lab zijn robots te vinden die gemodelleerd zijn naar de lichaamsmorfologie van diverse geleedpotigen, waaronder kakkerlakken en spinnen. “We zijn fundamenteel geïnteresseerd in het begrijpen waarom dieren zijn zoals ze zijn en bewegen zoals ze doen,” zegt Jayaram, “en hoe we bio-geïnspireerde robots kunnen bouwen die maatschappelijke behoeften aanpakken, zoals zoek- en reddingsacties, milieu-monitoring of zelfs gebruik tijdens chirurgische ingrepen.”
Photo credit: Heiko Kabutz
