28/01/2022
Door Ad Spijkers
Een nieuw type grijper kan ook een mensenhaar oppakken.
Onderzoekers van North Carolina State University in Raleigh hebben een nieuw type flexibele robotgrijpers ontwikkeld dat eidooiers kan optillen zonder ze te breken. Ze zijn ook nauwkeurig genoeg zijn om een mensenhaar op te pakken. De grijper heeft toepassingen voor zowel zachte robotica als biomedische technologieën.
Kirigami
Het onderzoekswerk is gebaseerd op de kunst van kirigami, waarbij tweedimensionale (2D) vellen materiaal zowel worden gesneden als gevouwen om driedimensionale (3D) vormen te creëren. In het bijzonder hebben de onderzoekers een nieuwe techniek ontwikkeld waarbij kirigami wordt gebruikt om 2D-platen om te zetten in gebogen 3D-structuren. Dit doen ze door parallelle sneden over een groot deel van het materiaal te snijden.
De uiteindelijke vorm van de 3D-structuur wordt voor een groot deel bepaald door de buitenrand van het materiaal. Een 2D-materiaal met een cirkelvormige grens zou bijvoorbeeld een bolvormige 3D-vorm vormen.
De onderzoekers hebben een model gedefinieerd en gedemonstreerd waarmee gebruikers terug kunnen werken. Als gebruikers weten wat voor soort gebogen, 3D-structuur ze nodig hebben, kunnen ze deze aanpak gebruiken om de grensvorm en het patroon van sneden te bepalen die ze in het 2D-materiaal moeten gebruiken. Extra controle over de uiteindelijke constructie wordt mogelijk gemaakt door de richting te sturen waarin het materiaal wordt geduwd of getrokken.
Van 2D naar 3D
De techniek is eenvoudiger dan eerdere technieken om 2D-materialen om te zetten in gebogen 3D-structuren. Ontwerpers kunnen een breed scala aan aangepaste structuren maken van 2D-materialen.
De onderzoekers demonstreerden het nut van hun techniek door grijpers te maken die objecten kunnen grijpen en optillen, variërend van eidooiers tot een mensenhaar. Ze lieten zien dat de techniek kan worden gebruikt om gereedschappen te maken waarmee zelfs extreem kwetsbare objecten kunnen worden vastgepakt en verplaatst
Conventionele grijpers daarentegen pakken een object door er druk op uit te oefenen. Dat kan problemen opleveren bij het vastpakken van delicate voorwerpen zoals eidooiers. De nu ontwikkelde grijpers omringen in wezen een object en tillen het vervolgens op, vergelijkbaar met de manier waarop we onze handen rond een object vormen. Dit stelt ons in staat om zelfs delicate objecten te ‘grijpen’ en te verplaatsen, zonder in te boeten aan precisie.”
Vervolg
Volgens de onderzoekers zijn er tal van andere mogelijke toepassingen, bijvoorbeeld het ontwerpen van biomedische technologieën die zich aanpassen aan de vorm van een gewricht zoals de knie. Hierbij valt te denken aan slimme bandages of hulpmiddelen die kunnen buigen en bewegen met de knie of elleboog.
Het proof-of-concept werk laat zien dat de techniek werkt. De wetenschappers zijn nu bezig deze techniek te integreren in zachte robottechnologieën om industriële uitdagingen aan te gaan. Ze onderzoeken ook hoe deze techniek kan worden gebruikt om apparaten te maken die kunnen worden gebruikt om warmte toe te passen op de menselijke knie, wat therapeutische toepassingen zou hebben.
Ze staan open voor samenwerking met industriële partners om aanvullende toepassingen te verkennen en manieren te vinden om deze aanpak van het laboratorium naar praktisch gebruik te verplaatsen.
Foto: Jie Yin, North Carolina State University