09/12/2022
Door Ad Spijkers
Robots die op moeilijk bereikbare locaties moeten werken, zullen bij schade zichzelf moeten kunnen repareren.
Als robots zich wagen in afgelegen omgevingen die mensen niet kunnen bereiken, zoals diep onder water of een verre ruimte, hebben ze niet alleen kracht en een middel nodig om daar te komen. Ze zullen ook goed voor zichzelf moeten zorgen. Daartoe combineerde een team aan Cornell University in Ithaca (bj New York City) optische sensoren met een composietmateriaal om een zachte robot te creëren die kan detecteren wanneer en waar hij beschadigd is. En vervolgens geneest hij zichzelf op de plek.
Detectie en reparatie
De onderzoekers aan de universiteit proberen altijd om robots duurzamer en wendbaarder te maken, zodat ze langer kunnen werken met meer mogelijkheden. Het punt is dat, als je robots lange tijd laat werken, ze schade kunnen oplopen. Maar hoe kunnen we ze toestaan om die schade te herstellen of af te handelen?
De eerste stap om zo'n reparatie te laten plaatsvinden, is dat de robot moet kunnen identificeren dat er inderdaad iets is dat gerepareerd moet worden. De onderzoekers gebruiken al jaren rekbare glasvezelsensoren om zachte robots en aanverwante componenten – van huid tot draagbare technologie – zo wendbaar en praktisch mogelijk te maken. In glasvezelsensoren wordt licht van een LED door een optische geleider gestuurd. Een fotodiode detecteert veranderingen in de intensiteit van de straal om te bepalen wanneer het materiaal wordt vervormd.
Een van de voordelen van de technologie is dat de geleiders nog steeds licht kunnen verspreiden als ze worden doorboord of doorgesneden. De onderzoekers combineerden de sensoren met een polyurethaan-ureum-elastomeer waarin waterstofbruggen waren opgenomen (voor snelle genezing) en disulfide-uitwisselingen (voor kracht). De resulterende SHeaLDS – zelfherstellende lichtgeleiders voor dynamische detectie – bieden betrouwbare dynamische detectie. Ze zijn bestand tegen schade en kunnen zichzelf herstellen van snijwonden bij kamertemperatuur zonder tussenkomst van buitenaf.
Eigenschappen
Om de technologie te demonstreren, installeerden de onderzoekers de SHeaLDS in een zachte robot die lijkt op een vierpotige zeester en is uitgerust met feedbackcontrole. Nadat de onderzoekers in totaal zes keer een van zijn poten hadden doorboord, kon de robot de schade detecteren en elke snee in ongeveer een minuut genezen. De robot zou ook autonoom zijn gang kunnen aanpassen op basis van de waargenomen schade.
Hoewel het materiaal stevig is, is het niet onverwoestbaar. Het heeft vergelijkbare eigenschappen als menselijk vlees. Je geneest niet goed van verbranding, zuur of hitte, omdat dat de chemische eigenschappen zal veranderen. Maar de achte robots kunnen goed genezen van snijwonden.
De onderzoekers willen de SHeaLDS integreren met machine learning algoritmen die tactiele gebeurtenissen herkennen om uiteindelijk. Doel is een duurzame robot te creëren die een zelfherstellende huid heeft, maar dezelfde huid gebruikt om zijn omgeving te voelen, zodat hij meer taken kan uitvoeren.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Cornell University