Natuurkundigen hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat bestaat uit samengevoegde, individueel bewegende onderdelen. Door dit ontwerp kan het materiaal zich soepel voortbewegen in een onverwachte omgeving.
Natuurkundige Jonas Veenstra van de Universiteit van Amsterdam en zijn collega’s hebben een nieuw bewegend materiaal gemaakt dat zonder centraal aansturend ‘brein’ over allerlei verschillende oppervlakten vooruit kan komen. Ze lieten zich voor deze techniek inspireren door organismen zonder brein, zoals zeesterren, die toch doelgericht kunnen rondlopen.
Ze maakten het materiaal van een groot aantal dezelfde onderdelen, die individueel eenvoudige bewegingen kunnen maken. Hierdoor kan het zich op een veel simpelere manier voortbewegen en aanpassen aan de omgeving dan een centraal aangestuurd alternatief.
Seksuoloog ontwikkelt nieuwe erectiemeter: 'Mannen schrijven zichzelf te snel af'
De manier om erectieproblemen te onderzoeken is pijnlijk en verouderd. Evelien Trip ontwikkelde een nieuwe, comfortabele erectiemeter.
Vreemde bouwstenen
Het onderzoeksteam maakte bouwstenen, die er symmetrisch uitzien, maar asymmetrisch reageren op hun omgeving. De bouwstenen bestaan uit twee draaimotoren, die aan elkaar verbonden zijn en beide ook een losse arm hebben. Wanneer je de linkerarm van de bouwsteen naar binnen duwt, beweegt de rechterarm ook naar binnen. Maar als je de rechterarm van de robot naar binnen duwt, beweegt de linkerarm naar buiten.
Als de onderzoekers deze losse onderdelen tot een materiaal samenvoegen, vertoont de constructie bijzonder gedrag. Als je het blok van de bouwstenen indrukt, beweegt deze schuin naar buiten en vormt het een ruit. Maar als je het blok in een ruitvorm probeert te duwen, zet het materiaal uit in de tegengestelde richting. Dit verschijnsel hadden wetenschappers al eerder voorspeld, maar is nu voor het eerst gerealiseerd.
Wandelen
De onderzoekers maakten naast een groot blok ook andere bewegende bouwwerken van de onderdelen. Een sliert van deze bouwstenen kan bijvoorbeeld als een worm voortkruipen op een zandachtige ondergrond. En een groter cirkelvormig netwerk van de onderdelen kan om een helling op te komen zelfstandig ‘besluiten’ om van rollen overgaan naar kruipen.
De voortbeweging ontstaat doordat de individuele bouwstenen de ondergrond aanraken, daardoor op bepaalde plekken worden ingedrukt, en daarop reageren met een simpele beweging. Gezamenlijk zorgen die individuele bewegingen ervoor dat het geheel als nieuw materiaal vooruit beweegt. Dankzij deze techniek kan het materiaal zich goed aanpassen aan een onverwachte omgeving en obstakels.
Het lopende materiaal kan zich zo goed aanpassen doordat het via de losse onderdelen overal kan waarnemen en bewegen. Hierdoor kan de constructie meteen reageren en is er geen centraal ‘brein’ nodig om de onderdelen aan te sturen.
Het vereist een stuk meer ingewikkeld rekenwerk en techniek om een centraal aangestuurde robot zo betrouwbaar op een onverwachte omgeving te laten reageren. ‘De robuustheid tegenover zijn eigen falen en aanpassingen aan de omgeving zijn twee van de grote voordelen die een dergelijk gedecentraliseerd besturingssysteem met zich mee kan brengen’, zegt roboticus Jordan Boyle van de faculteit Industrieel Ontwerpen aan de TU Delft, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Toepassingen
De nieuwe techniek kan toekomstige robots beter laten voortbewegen, maar er zijn hiervoor nog wel stappen nodig. ‘De resultaten die ze hier presenteren zijn nog niet direct klaar voor praktische toepassingen’, zegt Boyle.
Hoewel Veenstra zelf ook aangeeft dat het onderzoek niet op praktische toepassingen is gericht, ziet hij wel kansen om de techniek te gebruiken. ‘Wanneer je bijvoorbeeld Marslanders of andere voertuigen die ver weg moeten functioneren maakt, kun je de boel niet altijd zelf op afstand controleren. Dan moet je een bepaalde vorm van autonomie in zo’n apparaat stoppen’, zegt hij. ‘Dat is eigenlijk precies wat we in onze robot hebben toegevoegd.’
Het onderzoeksteam is nu bezig om ook een driedimensionale versie van het materiaal te maken. ‘Op het moment dat je naar drie dimensies gaat, kun je door met de geometrie en interacties te spelen een hele nieuwe set gedragingen opwekken,’ zegt Veenstra. Hiermee hopen de makers dat het materiaal straks nog meer zelfstandig kan doen.
