Zachte robotica is een intrigerend onderwerp van studie met het potentieel om de manier waarop we over robotica denken te veranderen. Zachte robots zijn, in tegenstelling tot conventionele robots, gemaakt van rubberachtige materialen die meer op spieren en huid lijken dan op harde materialen zoals metaal en plastic. Ze zijn in staat tot nabootsing en onafhankelijke beweging.
Een team van onderzoekers van het Collective Embodied Intelligence Lab van Cornell University heeft in januari een doorbraak bereikt in zachte robotica door een systeem te ontwikkelen en te simuleren dat gebruikmaakt van vloeibare viscositeit. De groep, geleid door prof. Kirsten Petersen, ontwikkelde een robotarm met een buitengewoon bewegingsbereik met behulp van kleine buisjes en een balgsysteem.
Vloeistofstroom door buizen en kleppen wordt vaak gebruikt in zachte robotica om beweging te creëren.
De viscositeit of stromingsweerstand van een vloeistof vertraagt de beweging. Traditionele zachte robotbewegingen zijn onvoorspelbaar. Dit komt door deze vertraging. Daarom bouwen onderzoekers vaak zachte robots met grote buizen om overmatige viscositeit te verminderen. Het team van Petersen daarentegen gebruikte viscositeit als de drijvende kracht voor de bewegingen van de robot.
Wanneer lucht met een injectiespuit door de buizen wordt geperst, kan het door het team ontwikkelde ledemaat van de kerneenheid bewegen. Het apparaat bestaat uit twee stapels balgen. Ze lijken op ballonnen die zijn verbonden door ongelooflijk dunne buizen, samen met een injectiespuit die de balg kan opblazen of laten leeglopen. Viscositeit wordt veroorzaakt door het kleine formaat van de buisjes.
De stapels balgen draaien in verschillende richtingen, afhankelijk van hoe de lucht diffundeert als gevolg van de ongelijke drukverdeling die wordt veroorzaakt door deze bewegingsvertraging. Met zorgvuldige drukregeling en slechts één spuit die vloeistof levert, is een onbeperkt bewegingsbereik mogelijk.
De hoofdauteur van het artikel, Yoav Matia, bouwde een voorspellend model dat de ingewikkelde details van de beweging samenvatte. Het wiskundige model analyseerde zorgvuldig de onderliggende fysieke gebeurtenissen. Vanaf het begin creëerde Matia het model door complexe natuurkundige theorie, zoals viskeuze dynamische theorie, te combineren met de kenmerken van de materialen.
Balgconfiguraties, vloeistofkarakteristieken, vloeistofinvoer, viscositeit en begindruk waren de enige vijf experimenteel aanpasbare factoren die de bewegingspatronen van ledematen onvermijdelijk zouden wijzigen. Ze zijn afzonderlijk krachtig en kunnen op elke manier worden gecombineerd.
Zachte robotica biedt een breed scala aan mogelijke toepassingen, en naarmate de robottechnologie zich ontwikkelt, trekt het meer belangstelling vanwege de ingebouwde functionaliteit, eenvoud en veiligheid. De studie van het team van Petersen schetst een precieze toekomstige koers.
Na verloop van tijd resulteert het gebruik van kleine buizen in het balgsysteem ook in een grotere bewegingsflexibiliteit. Naarmate de cyclus vordert, krijgt de vloeiendheid van de bewegingen van de ledematen de kenmerken van een slag en veranderingen in tempo kunnen worden gebruikt om verschillende bewegingspatronen te creëren.
Andere veldonderzoekers zullen de formule hebben die ze moeten volgen om hun zachte robots te bouwen als deze parameters samen met het model worden geïdentificeerd. In de woorden van Petersen: “Hier is een compleet nieuwe vorm van zachte robot die we nog niet eerder hebben gezien, en hier is alle basiskennis die je nodig hebt om met de wetenschap in dit domein te spelen.”
Een breed scala aan toepassingen, waaronder medische apparatuur en zoek- en reddingsmissies, heeft veel potentieel voor zachte robotica. Robots kunnen flexibeler, flexibeler en veiliger zijn als zachte materialen worden gebruikt in robotica. De toekomst van zachte robots is veelbelovend dankzij het baanbrekende werk van het team van Petersen.
