Materiaal met leervermogen
Amsterdamse onderzoekers maakten nieuwe materialen, die kunnen leren van vorm te veranderen. Dat is bijvoorbeeld handig om robotgrijpers zich te laten aanpassen aan het materiaal dat ze pakken, of vliegtuigvleugels zich te laten aanpassen aan verschillende soorten luchtstroming.
Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam hebben een nieuw soort materiaal gemaakt, dat leervermogen heeft. Dit ‘metamateriaal’ – een materiaal dat bestaat uit door de mens bedachte moleculen – kan van vorm veranderen en de strategie hierachter aanpassen.
Normale materialen reageren telkens hetzelfde op een uitgeoefende kracht, al is die reactie per materiaal verschillend. Het gedrag van het nieuwe materiaal lijkt door zijn leervermogen meer op dat van een levend organisme, schrijven de onderzoekers in Nature Physics.
Leren en vergeten
Het leren gebeurt aan de hand van voorbeelden van de gewenste vormveranderingen, die de onderzoekers eerst zelf aanbrengen in het materiaal. De materialen passen op grond daarvan intern de lokale stijfheid aan – alsof ze gewrichten hebben die op slot gaan.
Bijzonder is dat de materialen wat ze hebben geleerd desgewenst ook weer kunnen vergeten, om vervolgens weer iets nieuws te leren. Ook kunnen ze meerdere vormen tegelijk leren en onthouden en tussen deze vormen schakelen. Dat maakt het mogelijk een reeks van verschillende vormveranderingen te ondergaan en op die manier te bewegen. Zo kan het materiaal straks voortbewegen of reflexmatige grijpbewegingen maken.
Eerdere materialen die in het Machine Materials Lab van de UvA waren ontwikkeld konden zich ook al autonoom voortbewegen, maar hadden geen leervermogen.
Scharnieren
De metamaterialen zijn ketens van identieke gemotoriseerde scharnieren die met elkaar verbonden zijn door een elastisch skelet, zoals wordt uitgelegd in een nieuwsbericht van de Universiteit van Amsterdam. Elk scharnier heeft een microcontroller die meet hoe ver het gebogen is, zijn eerdere bewegingen onthoudt en informatie uitwisselt met zijn buren. Als reactie op deze informatie veranderen de scharnieren hun stijfheid en de voorkeurspositie.
Samenvatting van het onderzoek: Een robotisch metamateriaal dat dankzij training leert om van vorm te veranderen. Het materiaal kan complexe vormen leren, de een na de ander of tegelijkertijd, en zelfs 'levensechte' bewegingen uitvoeren. Credit: Yao Du.
Onbegrensd
De toepassing die de onderzoekers uitprobeerden heeft nog niet veel maatschappelijke meerwaarde: tot nu toe leerden ze de materialen om letters te vormen of de vorm van een kat aan te nemen. ‘Ons werk bevindt zich nog in het stadium van een fundamenteel lab-prototype’, zegt materiaaldeskundige en promovendus Yao Du van de UvA, eerste auteur van het artikel. ‘Maar het bewijst dat zelflerende materialen met simpele componenten en leermethoden kunnen worden gemaakt. Het gaat nog lang duren voor het echt bestaat, maar ik geloof erin dat dit werkelijkheid kan worden en niet bij een concept blijft.’
‘Het spannendste resultaat tot nu toe is dat het leren onze metamaterialen de mogelijkheid geeft om te evolueren’, zegt Du. ‘Zodra het systeem begint te leren, lijken de mogelijkheden voor waar het uiteindelijk terechtkomt bijna onbegrensd.’
De onderzoekers gaan proberen het materiaal tijdsafhankelijk gedrag aan te leren, zodat het op een bepaalde manier kan gaan bewegen onder invloed van externe prikkels. Zo zou het, afhankelijk van de omgevingsfactoren, kunnen gaan kruipen of rollen.
Du: ‘In de verre toekomst kan het dan worden gebruikt voor robotgrijpers die verschillende objecten leren hanteren, luchtvaartcomponenten zoals vleugels die zich aanpassen aan de luchtstroom, of zachte robots die zich voortbewegen door van vorm te veranderen.’
Openingsbeeld: Yao Du et al., 2026
