21/02/2022
Door Ad Spijkers
Engelse onderzoekers werken aan materialen waarmee zelfherstellende robots binnen bereik komen.
Soft sensing technologieën kunnen onder andere robotica, tactiele interfaces en draagbare apparaten transformeren. De meeste soft sensing-technologieën zijn echter niet duurzaam en verbruiken veel energie. Door zachte sensoren in robotica op te nemen, kunnen we er veel meer informatie uit krijgen, net zoals hoe onze spieren onze hersenen in staat stellen informatie te krijgen over de toestand van ons lichaam.
Onderzoekers aan de University of Cambridge hebben gewerkt aan de ontwikkeling van zelfherstellend zacht aanvoelend materiaal voor robothanden en -armen. Deze materialen kunnen detecteren wanneer ze beschadigd zijn, de nodige stappen ondernemen om zichzelf tijdelijk te genezen en vervolgens het werk hervatten - allemaal zonder dat menselijke interactie nodig is.
Zelfherstellende robots
De onderzoekers werken al enkele jaren met zelfherstellende materialen, maar kijken nu naar snellere en goedkopere manieren om zelfherstellende robots te maken. Eerdere versies van dergelijke robots moesten worden verwarmd om zich te herstellen, maar de onderzoekers ontwikkelden nu materialen die bij kamertemperatuur kunnen genezen, waardoor ze nuttiger zouden zijn voor toepassingen in de echte wereld.
De wetenschappers in Cambridge zijn begonnen met een rekbaar, op gelatine gebaseerd materiaal dat goedkoop, biologisch afbreekbaar en biocompatibel is. Vervolgens hebben ze verschillende tests uitgevoerd om sensoren in het materiaal te integreren door veel geleidende componenten toe te voegen. De onderzoekers ontdekten dat het printen van sensoren die natriumchloride (zout) bevatten in plaats van koolstofinkt, resulteerde in een materiaal met de eigenschappen waarnaar ze op zoek waren. Omdat zout oplosbaar is in de met water gevulde hydrogel, biedt het een uniform kanaal voor de beweging van ionen.
Eigenschappen
Bij het meten van de elektrische weerstand van de geprinte materialen ontdekten de onderzoekers dat veranderingen in spanning resulteerden in een lineaire respons. Ze konden deze gebruiken om de vervormingen van het materiaal te berekenen. Door zout toe te voegen, kon ook de rek worden gedetecteerd. Deze was meer dan drie keer de oorspronkelijke lengte van de sensor, zodat het materiaal kan worden verwerkt in flexibele en rekbare robotapparaten.
De zelfherstellende materialen zijn goedkoop en gemakkelijk te maken, zowel door 3D-printen als door gieten. Ze zijn op lange termijn sterk en stabiel, drogen niet uit en zijn volledig gemaakt van algemeen verkrijgbare, voedselveilige materialen. Men zou van gelatine een hele robot kunnen maken en de sensoren kunnen printen waar ze nodig zijn .
De hydrogels hechten goed aan een reeks verschillende materialen, wat betekent dat ze gemakkelijk kunnen worden geïntegreerd met andere soorten robotica. Zo is veel van het onderzoek gericht op de ontwikkeling van kunstmatige handen. Hoewel het materiaal een proof-of-concept is, kan het na verdere ontwikkelding worden verwerkt in kunstmatige huiden en op maat gemaakte draagbare en biologisch afbreekbare sensoren.
Foto: University of Cambridge