De handen en grijpers van robots moeten voor bepaalde toepassingen zacht en buigzaam zijn. Alleen, hoe produceer je ze? Ingenieurs aan Princeton University in de VS geven antwoord. Ze bedachten ‘bubble casting’, een methode waarbij een luchtbel in een vloeibaar materiaal wordt geblazen.

Wat zou er gebeuren als we een robot uit de auto-industrie zouden oppakken en neerzetten in een tuinbouwkas, met de opdracht om paprika’s te oogsten? Die autorobot zou ze tot moes knijpen, want hij is niet gebouwd om zachte, kwetsbare groenten te grijpen, die ook nog eens elke keer net een andere vorm hebben.

Voor dit soort toepassingen zijn behoedzame robotgrijpers nodig die de zachte groente met de nodige voorzichtigheid oppakken. En denk ook eens aan de zorg, waar robots al jaren een belofte vormen om het verplegend personeel te komen bijstaan. Ook om iemands hand vast te houden is een zachte robothand het minste dat je mag verwachten.
 

Zachte robothandjes produceren

Ingenieurs en universitair onderzoekers aan de Amerikaanse Princeton University hebben nu een techniek bedacht om zachte robotgrijpers en -handjes te produceren. Ze noemen het zelf ‘bubble casting’ (letterlijk: gieten met bellen) en die levert een soort ballonnetjes op met geinige vormen, maar voor serieuze toepassingen. De details staan beschreven in een artikel in vaktijdschrift Nature dat woensdag verscheen.
 

Ballonnetje

De methode werkt vernuftig. Het draait erom belletjes in een vloeibaar polymeer - dat in een mal zit - te injecteren, waarna het materiaal stolt en zo’n ‘ballonnetje’ overblijft. Deze vorm valt vervolgens te buigen en te bewegen door er lucht in te blazen.

Met deze aanpak slaagden de onderzoekers er al in om handjes te maken die kunnen grijpen, een vissenstaart die flapt en een spoel die een bal kan optillen. Met hun relatief eenvoudige en veelzijdige methode hopen de onderzoekers de ontwikkeling van nieuwe soorten zachte robots te versnellen.
 

Luchtbel

Dit klinkt trouwens gemakkelijker dan het is. Veel van de uiteindelijke eigenschappen van het ballonnetje worden bepaald bij het blazen van de lucht in het nog vloeibare elastomeer. Dat is een stroperige vloeistof, waarin de luchtbel langzaam zal opstijgen.

Door nu eerder of later het polymeer te laten uitharden, is de luchtbel veel of weinig opgestegen. En dit beïnvloedt de dikte van de wanden aan de boven- en onderzijde van de ballon. Zodra het polymeer is uitgehard, kan het uit de mal worden gehaald en met lucht worden opgeblazen. Daarbij zal de zijde met de dunne wand uitrekken, en de dikkere kant juist zijn vorm behouden, waardoor die werkt als een scharnier.
 

 

Vingers die 'pianospelen'

Met dit soort trucjes tijdens het maakproces zijn de eigenschappen van de uiteindelijk grijpertjes in te stellen. Het lukte de onderzoekers op deze manier al om stervormige ‘handen’ te gieten die zachtjes een braambes vastgrijpen, een spoel die samentrekt als een spier en zelfs een stel ‘vingers’ die één voor één opkrullen als er lucht in wordt geblazen; alsof ze pianospelen.

Naast de beschreven maaktechniek bouwden de onderzoekers ook een computermodel van het productieproces. Dat dient om vooraf te kunnen bepalen wat de instellingen moeten zijn om een zachte actuator te krijgen die de juiste beweging maakt.
 

De onderzoekers maakten ook deze asymmetrische structuur die opkrult wanneer je hem opblaast.

 

Kapot

Het nieuwe maakproces - bubble casting - kent ook zijn beperkingen. Een ervan is de lengte van een grijper; tot nu toe konden de onderzoekers maar lucht persen door een mal vol polymeermateriaal van enkele meters lang. Ook gaat het soms mis: dan knalt een ballon nog in de mal kapot, doordat er te veel luchtdruk op komt te staan.

Het vervolgonderzoek aan Princeton University richt zich op nieuwe toepassingen én op het maken van complexere vormen. Zo denken de ingenieurs aan actuatoren die aan elkaar vastzitten en vlak na elkaar een handeling uitvoeren. Neem een duizendpoot, waarbij elk pootje vlak na de voorgaande een stapje moet zetten.


Animatie en foto's Princeton University