31/10/2023
Door Ad Spijkers
Zwitserse en Nederlandse onderzoekers hebben een bio-geïnspireerde robot ontworpen met een nieuwe getrimde helicoïdestructuur.
Onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hebben een innovatie in zachte robotica gerealiseerd. Ze werden geïnspireerd door de beweeglijkheid van slurven van olifanten en takels van octopussen. Het team introduceerde de getrimde helicoïde – een nieuwe robotstructuur die meer flexibiliteit en controle belooft in robotontwerpen.
Met een mix van biologische observatie en computermodellering hebben de onderzoekers een zachte robotarm onthuld die =ingewikkelde taken kan uitvoeren, waardoor veiliger mens-robot-interacties tot stand kunnen komen. De bevindingen zijn een samenwerking met de afdeling Cognitieve Robotica van de TU Delft.
Door de ontwikkeling van een nieuwe architectonische structuur, de getrimde helicoïde, hebben de onderzoekers een robotarm ontworpen die uitblinkt in controle, bewegingsbereik en veiligheid. Wanneer de nieuwe architectuur wordt gecombineerd met gedistribueerde activering – waarbij meerdere actuatoren door een structuur of apparaat worden geplaatst – heeft deze robotarm een groot bewegingsbereik, hoge precisie en is inherent veilig voor menselijke interactie.
Zacht en flexibel
Traditionele robots zijn stijf, waardoor ze vaak ongeschikt zijn voor delicate taken of nauwe menselijke interacties. Deze zachte robotarm is ontworpen voor veiligere interacties met mensen en aanpassingsvermogen aan een breder scala aan taken. Met een combinatie van flexibiliteit en precisie vermindert het zachte en soepele karakter van de arm potentiële risico's tijdens mens-robot-interacties. Dit opent deuren voor toepassing in de gezondheidszorg, ouderenzorg en meer.
In tegenstelling tot hun stijve tegenhangers kan de zachte robotarm zich aanpassen aan verschillende vormen en oppervlakken. Hierdoor is de arm een geschikt hulpmiddel voor ingewikkelde taken zoals het plukken van fruit of het hanteren van kwetsbare voorwerpen. In de industrie zou het een oplossing kunnen zijn voor delicate assemblagelijnen, die naast mensen werken en hun capaciteit vergroten in plaats van vervangen. Ook de landbouwindustrie zou kunnen profiteren door de zachte aanpak bij de omgang met gewassen en door werknemers te begeleiden om hun werklast te verminderen tijdens intensieve oogstperioden.
Spiraal
De kern van het onderzoek ligt in de nieuwe architectuur van de robotarm. De onderzoekers hebben een spiraal, die zij een 'helicoïde' noemen, aangepast door delen ervan bij te snijden, zodat deze diverse functionaliteiten krijgt. Door deze ogenschijnlijk eenvoudige handeling kunnen ze nauwkeurig bepalen hoe flexibel of stijf de spiraal in verschillende richtingen wordt. Door de vorm aan te passen, kunnen de ontwikkelaars het binnenste gedeelte bestand maken tegen platdrukken en het buitenste gedeelte flexibel genoeg om gemakkelijk te buigen.
Met dit ontwerp hebben de onderzoekers een zachte robot gemaakt die kan bewegen en handelen op manieren die voorheen ongezien waren, en die de behendigheid en zachte aanraking laat zien die je in de natuur tegenkomt, zoals in de slurf van een olifant of de tentakel van een octopus.
Door deze dieren te observeren en een nieuwe architectonische structuur te ontwikkelen, willen de onderzoekers het bewegings- en controlebereik in de natuur nabootsen. Om dit te doen, gebruikte het team geavanceerde computermodellen om observaties om te zetten in tastbare resultaten. Met behulp van deze modellen testten ze iteratief hun innovatieve spiraalontwerpen - tot een uiteindelijk bijgesneden helicoïdevorm.
Commercieel model
De onderzoekers introduceerden een specifiek oppervlak in het computermodel, trimmen en passen het vervolgens aan. Computermethoden begeleidden hen en hielpen bij het beoordelen van de optimale geometrische vorm structuur voor maximale werkruimte en compliance. Het resultaat is een robotachtige creatie, geïnspireerd op de natuur, maar verfijnd met nauwkeurig menselijk vernuft en computermodellen. Uiteindelijk waren de computermodellen zo nauwkeurig dat de onderzoekers maar één versie van de arm hoefden te bouwen.
Op deze eerste commerciële zachte manipulator is patent aangevraagd en er is een gezamenlijke start-up tussen EPFL en TU Delft gelanceerd onder de naam Helix Robotics. Het doel van de onderzoekers is om robots dichter bij de mens te brengen; niet alleen in de nabijheid, maar ook in het begrijpen en samenwerking. Ze hopen dat deze zachte robotarm een voorbeeld is van een toekomst waarin machines de menselijke behoeften dieper helpen, aanvullen en begrijpen dan tevoren.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: EPFL