17/03/2022
Door Lilian Vermeer
De ontwikkeling van nieuwe structuren met schakelbare stijfheid voor bijvoorbeeld een robotarm is belangrijk om deze zowel veilig als functioneel te maken voor ondersteuning aan mensen.
Het maaien van gazons door robots is een vorm van robotondersteuning waaraan de samenleving gewend is geraakt. Maar er zijn momenteel weinig concepten voor robotassistentie bij andere taken, waarbij mensen dicht in de buurt moeten komen, zoals het huishouden en de zorg. Het Fraunhofer-instituut voor werktuigmachines en vervormingstechnologie IWU gebruikt innovatieve schakelbare stijfheden in robots om de vereiste kracht te combineren met de nodige veiligheid.
Mensachtige verschijningen? Niet echt...
Het doel dat onderzoekers van Fraunhofer IWU zich hebben gesteld is om de robotica verder te ontwikkelen op gebieden waar mensen in de directe nabijheid komen. "Robots die in de nabijheid van mensen worden gebruikt, stellen heel andere eisen dan robots die in de industrie worden gebruikt, waar werknemers op een specifieke manier kunnen worden opgeleid", zegt Linda Weisheit, themamanager voor het vakgebied "Robotica voor mensen" bij Fraunhofer IWU.
"Als robots in het dagelijks leven gebruikt gaan worden, moeten ze ten eerste veilig zijn en ten tweede moeten ze een passend uiterlijk hebben dat de acceptatie vergroot." Terwijl humanoïde robots in Japan gewild zijn, vinden Europeanen gelijkenissen met mensen eerder verontrustend. De onderzoekers houden het ontwerp daarom nauwlettend in de gaten.
Schakelbare stijfheid zorgt voor kracht en veiligheid
Zachte robotica is belangrijk als het gaat om veiligheid: het maakt gebruik van zachte materialen die geen verwondingen kunnen veroorzaken. Aan de andere kant kunnen deze robots niet zo veel taken uitvoeren - zelfs een volle kop koffie zou te zwaar zijn voor een zachte robotarm. "Daarom werken we aan de ontwikkeling van nieuwe structuren met schakelbare stijfheid - dat wil zeggen dat ze kunnen schakelen tussen stijf en zacht," legt Weisheit uit.
Het principe achter deze omschakelbare stijfheid is vergelijkbaar met dat van koffieverpakkingen. Als het vacuüm verpakt is, is het hard en stevig, maar als er lucht bij komt, wordt het lekker zacht. Om de structurele stijfheid verder te verhogen, met name onder trekspanning, combineert het team van onderzoekers het met over elkaar heen gelegde folies. Het resultaat van deze combinatie is dat het systeem niet alleen bestand is tegen trekspanning, maar ook tegen samendrukking. Door gebruik te maken van dit soort structurele componenten met omschakelbare stijfheid wordt het mogelijk nieuwe bewegingsconcepten en nieuwe veiligheidssystemen te ontwerpen.
Voorbeeld dagelijks leven
Wat dit zou kunnen betekenen voor ons dagelijks leven kan het best worden uitgelegd aan de hand van een voorbeeld als het gevulde kopje koffie. Als de robot het kopje moet oprapen, maakt hij zijn zachte arm iets stijver zodat hij de nodige kracht kan uitoefenen. In vaste toestand is hij 300 keer stijver dan wanneer hij zacht is; met andere woorden, hij heeft een schakelfactor van 300.
Als er echter een botsing dreigt - bijvoorbeeld als een mens te dichtbij komt - zal de mechanische assistent niet zomaar terugschakelen naar zijn zachte toestand. Dan zou hij het kopje op de grond laten vallen, met achterlating van een plas gloeiendhete koffie die een risico kan vormen voor een klein kind. In plaats daarvan is hij ontworpen om een ontwijkende beweging uit te voeren. Met andere woorden, net als een mens ontwijkt hij het obstakel terwijl hij het kopje nog vasthoudt.
Robotarm op de Hannover Messe
De onderzoekers presenteren een peesaangedreven robotarm op de Hannover Messe op de gezamenlijke Fraunhofer-stand in hal 5, stand A06 van 30 mei tot 2 juni 2022.