Robotje is snel en stevig als een kakkerlak

Onderzoekers in de Verenigde Staten bouwden een plat robotje dat razendsnel kan lopen en heel robuust is, net als een kakkerlak. Het ding lijkt geschikt voor de inzet bij rampen, om poolshoogte te nemen op plekken waar mensen of reddingshonden niet kunnen komen.

Zeg het woord 'robot' en je denkt waarschijnlijk aan een apparaat met sterke armen dat auto’s in elkaar zet. Of misschien aan een schattige speelgoedachtige robot met oogjes, die er een beetje uitziet als een mens.

Die ideeën hebben ingenieurs en wetenschappers van de University of California in Berkeley helemaal losgelaten. Zij bouwden een plat robotje dat razendsnel kan lopen en heel robuust is. Ga er met je volle gewicht op staan en daarna rent hij vrolijk verder.

Breekbaar

‘De meeste robots van deze schaal zijn heel breekbaar. Als je daar op gaat staan, zijn ze bijna altijd kapot’, zegt hoogleraar werktuigbouwkunde Liwei Lin van die universiteit in een persbericht.

De nieuwe kleine robot van Lin en collega’s lijkt op een kakkerlak; die krijg je ook niet zomaar dood door er op te stampen. Dat is geen toeval, want dit diertje was een belangrijke inspiratiebron voor dit onderzoek.

Dun plaatje

De ‘kakkerlak-bot’ van de Berkeley-onderzoekers is eigenlijk niet meer dan een dun plaatje materiaal van een paar centimeter lang, met een dun wandje bij wijze van voorpootjes (zie de figuur hieronder). Maar de eenvoud is schijn; zoom in op het dunne plaatje en we zien dat dit bestaat uit meerdere laagjes van verschillende materialen.

Piëzoelektrisch

Essentieel voor de werking is een dunne laag van polyvinylidene-difluoride (PVDF). Dit is een polymeer – een kunststof – waardoor het plaatje dus kan buigen. Maar PVDF heeft daarnaast de bijzondere eigenschap dat het piëzoelektrisch is. Zet er een elektrische spanning overheen en het materiaal zet uit of krimpt (afhankelijk van de richting van de spanning).

Doordat dit actieve laagje bedekt is met een laagje siliconenrubber (en daar weer op een laagje PET, kunststof), dat niet uitzet, trekt het hele plaatje krom als je over het PVDF een elektrische spanning zet. Het is deze eigenschap die de onderzoekers hebben benut.

Springende beweging

Door over het plaatje een wisselspanning te zetten, gaat dit een springende beweging maken. En om, ten slotte, te zorgen dat het ding niet op één plek gaat staan hupsen, hebben ze het plaatje voorzien van voorpootjes, zodat het ding vooruit komt (zie bovenstaande figuur).

Het resultaat is indrukwekkend:

Snel

De robotkakkerlak heeft een paar opvallende eigenschappen. Hij gaat om te beginnen behoorlijk snel, tot wel twintig keer zijn eigen lengte per seconde. Dit is te vergelijken met veel insecten, en veel sneller dan de andere robotjes die tot nu toe zijn ontwikkeld aan universiteiten (zie de grafiek hieronder).

Bestand tegen een mens

Maar daarnaast is het robotje ook erg robuust. De onderzoekers van Berkeley zetten steeds zwaardere gewichten op het ding om te kijken of hij daarna nog functioneerde. De conclusie: hij is in ieder geval bestand tegen een gewicht van 60 kilogram, een gemiddeld mens.

Aardbeving

Beperkingen heeft het platte nieuwe robotje ook. Hij kan niets vastpakken of in elkaar zetten. Het is een extreem eenvoudig ding dat zich snel voortbeweegt en – net als een kakkerlak – door heel smalle openingen past. Dat maakt hem in de toekomst mogelijk geschikt voor de inzet na rampen, om op plaatsen te komen waar mensen of honden niet kunnen komen. Zo’n robotje kan bijvoorbeeld een na een aardbeving ingestort gebouw in gaan en met een sensor op zijn ruggetje meten of er gevaarlijke gassen vrijkomen. Of als hij een vederlicht cameraatje draagt, beelden schieten en doorseinen.

De kakkerlak-robot hangt nu nog aan twee draadjes voor zijn stroomvoorziening. De onderzoekers willen dat vervangen door een batterijtje. Ook wordt het ding voorzien van gassensoren en van de mogelijkheid om te sturen. Nu kan hij alleen nog maar rechtdoor rennen.

Vliegtuigmotoren inspecteren

De onderzoekers van de University of California richten hun onderzoek al een paar jaar op de kakkerlak. In 2016 bouwden ze al een eerste prototype. De ideeën zijn ook doorgedrongen tot het bedrijfsleven: Rolls-Royce wil robotkakkerlakken gaan ontwikkelden om in de toekomst visuele inspecties van vliegtuigmotoren te gaan doen. Blijkbaar zijn robotontwikkelaars nog lang niet uitgekeken op de kakkerlak.