Brussel (BE)
27 Jan. 2020
2 minuten
Soft robots zijn zeer kwetsbaar voor schade door scherpe voorwerpen en overmatige druk. Wetenschappers van de Vrije Universiteit Brussel kwamen met een oplossing hiervoor in de vorm van zelfherstellende polymeren voor robots. Hiermee worden dure reparaties aan robots straks overbodig.
De Vrije Universiteit Brussel zocht naar zelfhelende eigenschappen voor schadegevoelige soft robots die overeenkomen met de wijze waarop het menselijk lichaam een snee of spierbreuk herstelt. Seppe Terryn licht toe: ‘Vergelijk zelfherstellende materialen gerust met onze huid. Als we ons kwetsen met een scherp mes, starten in ons lichaam meteen allerlei processen om de wonde te genezen. Het bloed stolt, het immuunsysteem wapent zich tegen infecties en nieuwe huidcellen doen de wonde dichtgroeien. Zelfhelende materialen doen iets soortgelijks. Als ze beschadigd raken, herstellen ze zich onder invloed van licht of warmte tot ze hun oorspronkelijke staat hebben bereikt. Ze worden nu al gebruikt in coatings van bepaalde (dure) wagens die krassen automatisch wegwerken. Maar ook voor soft robots bieden ze een interessante oplossing.’
Terryn ontwikkelde daarom een speciaal materiaal dat bestaat uit rubberachtige polymeren met een ingebouwde helende capaciteit die in werking treedt na opwarming. ‘Het polymeer is op microscopisch niveau te vergelijken met een 3D-spinnenweb. Als de robot zichzelf snijdt, breekt het web. We kunnen het herstellen door het polymeer op te warmen tot 80 graden Celsius. Bij die temperatuur komen er knooppunten in het spinnenweb los en verhoogt de mobiliteit van het polymeer, waardoor de snee zich vult. Wanneer het materiaal terug afkoelt, vormt het spinnenweb zich opnieuw en is de kwetsuur verdwenen. Na veertig minuten is de breuk gedicht en na een nachtje is de robot zo goed als nieuw. Dankzij deze oplossing is een kapotte robot geen ramp meer, wat vandaag door ingewikkelde reparaties nog wel het geval is’, legt Terryn uit.
De onderzoeker testte zijn zelfhelende materie op drie kwetsbare onderdelen van soft robots: een grijper, een robothand en een kunstmatige spier. In deze veerkrachtige, op luchtdruk werkende onderdelen werden gecontroleerd beschadigd aangebracht. Wat blijkt? De realistische schade kon volledig worden hersteld, zonder zwakke plekken achter te laten en vervolgens konden de robots hun taken weer volledig opnemen.
Steun van de EU
Het onderzoek maakt deel uit van een grootschaliger internationaal samenwerkingsverband tussen VUB, University of Cambridge, L’Ecole Supérieur de Physique et de Chimie Industrielles de la ville de Paris (ESPCI-Paris), de Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa) en de Nederlandse polymeerproducent SupraPolix dat vorige zomer nog drie miljoen euro Europese steun ontving. Het einddoel van deze samenwerking is een robot bouwen die zelf via sensoren of software schade aanvoelt en zichzelf dan gaan herstellen.