Duitse onderzoekers hebben energie-efficiënte en stille zuignappen ontwikkeld die worden aangestuurd door kunstmatige spieren.

In de industrie wordt veel gebruikgemaakt van pneumatisch aangestuurde zuignappen, bijvoorbeeld om componenten te sorteren, te verplaatsen of vast te houden tijdens productiewerkzaamheden. De aansturing gaat middels vrij zwaar uitgevoerde pneumatische systemen. Deze verbruiken behoorlijk wat energie, zijn lawaaierig en niet erg flexibel om aan te passen.

Onderzoekers van het Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (ZeMA) van de Duitse Universität des Saarlandes ontwikkelden een alternatief: zuignappen die worden aangestuurd door kunstmatige spieren. Het systeem is energie-efficiënt, stil en erg geschikt voor toepassing in een cleanroom.
 

Ultradunne draden

De kunstmatige spieren zijn gemaakt van ultradunne draden geheugenmetaal, een nikkel-titanium-legering. Wanneer er een elektrische stroom door de draden loopt, vervormen ze onder invloed van de warmteontwikkeling. Hierdoor neemt de lengte af. Valt de stroom weg, dan koelen de draden af en springen ze terug in hun oorspronkelijke vorm.

Door bundels van deze ultradunne draden toe te passen, ontstaat er een groot materiaaloppervlak. De draden kunnen dan door ­aansturing met elektrische pulsen zeer snel opwarmen en ­afkoelen, en net als spieren verlengen en verkorten.
 

Snelle, sterke bewegingen

Om een zuignap te maken, worden de kunstmatige spieren in ronde bundels op een dunne metalen schijf bevestigd. Op de andere kant van de schijf zit een rubberen membraan. Door vervorming van het geheugenmetaal trekt de schijf hol en bol.

Dankzij de snelle reactietijd van het geheugenmetaal kunnen de zuignappen, gemonteerd op een robotarm, snelle, sterke bewegingen maken. Het huidige model kan ­objecten van 7 kg stevig vasthouden. Het systeem is eenvoudig op te schalen door gebruik van grotere bundels geheugenmetaal op een grotere schijf.
 

Draden als sensoren

Er bestaat een directe correlatie tussen de elektrische weerstand en de hoeveelheid vervorming van de draden. Door ­deze data uit te meten, is op elk moment de exacte positie van de zuignap te bepalen. Hierdoor fungeren de draden als sensoren: zit er een afwijking in de data, dan is de zuignap bijvoorbeeld niet goed bevestigd. Ook kunnen ze een waarschuwing geven bij mechanisch falen of metaalmoeheid.

Het onderzoeksteam is momenteel op zoek naar industriepartners om het systeem verder te ontwikkelen voor praktijk­toepassingen.

Tekst: Paul Schilperoord