Bionische robotica

Mens of machine?
Bij Bionische robotica kun je denken aan twee verschillende begrippen. Als eerste de protheses die dienen ter vervanging van ledematen en andere lichaamsdelen. Als tweede – waar we het hier over willen hebben – de robotica die gebaseerd is op de principes van de natuur. Waarbij het motto bijna lijkt te zijn: waarom het wiel opnieuw uitvinden als moeder natuurlijk het al heeft bedacht?

Ter inspiratie worden bewegingen van individuele dieren gebruikt, maar ook van dieren die in groepen opereren, zoals zwermen mieren. Een robotarm gebaseerd op de slurf van een olifant, een grijper gebaseerd op de tentakels van een inktvis, coöperatief gedrag van robots, afgekeken van mieren, de natuur heeft het al uitgevonden, dus beter goed gejat dan slecht verzonnen. Festo is een bedrijf dat zich regelmatig met deze ontwikkelingen in het nieuws weet te krijgen. Afgelopen zomer nog met een volledig met lucht aangestuurde robot, een robotarm, waarbij de werking van het menselijk lichaam is nagebootst.

Balgenstructuur
De werking van spieren in de menselijke arm is nagebootst met behulp van een flexibele polyamide balgenstructuur die met luchtdruk wordt bediend. De arm is opgebouwd uit verschillende componenten waarin de luchtdruk afzonderlijk kan worden geregeld. Dankzij de balgen is de robotarm net zo flexibel als de slurf van een olifant. De opbouw van een slurf is vergelijkbaar met een serie spiraalvormige balgen, die niet van volume veranderen, maar wel van vorm. Worden de radiale spieren aangespannen, wordt de slurf dun en lang. Andersom, als de longitudinale spieren worden aangespannen, wordt de slurf juist kort en dik. Om te buigen werken de spieren samen.

De op de slurf geïnspireerde robotarm bestaat uit drie segmenten met ieder drie parallelle buizen die een beetje lijken op stofzuigerslangen. Iedere afzonderlijke buis of balg kan door middel van luchtdruk langer worden. Als de druk wegvalt, neemt de buis zijn oorspronkelijke vorm weer aan. Net als bij de olifantenslurf is het bewegen van de arm een samenspel van het bewegen van de buizen. Doordat de arm op een organische wijze beweegt is de mens-machine-interactie niet alleen veiliger maar ook veel natuurlijker.

Grijper
De principes van verschillende dieren worden door Festo gecombineerd in één toepassing. De slurfarm wordt voorzien van een inktvistentakelgrijper. De grijper is gemaakt van zacht siliconenmateriaal en wordt ook met luchtdruk aangestuurd. Onder druk buigt de grijper zich om het voorwerp dat vervolgens met de zuignappen aan de binnenkant wordt vastgegrepen. De bionische arm maakt een grotere flexibiliteit en meer samenwerking met mensen mogelijk. . De bionische arm reageert direct op aanraking door terug te wijken. Zodoende kan een mens prima met de arm samenwerken, zonder het risico op een harde botsing. De octopusgrip zorgt ervoor dat de robotarm de meest uiteenlopende voorwerpen kan vastpakken, anders dan traditionele robots die meestal zijn uitgerust met niet één soort grijper voor één bepaald product

Het afkijken van de natuur gebeurt al langer bij Festo. Moeder natuur heeft miljarden jaren de tijd gehad om bewegingsprincipes tot in de puntjes door te laten evolueren, dus daarvan leren, lijkt slim. Zo bouwde Festo bijvoorbeeld al een robotische kangoeroe, een bionische roofvogel, een zwerm robotvlinders en bionische mieren. De mieren zijn zo groot als een hand en kunnen samenwerken, net als hun natuurlijke ‘soortgenoten’, waardoor ze in staat zijn om objecten te verplaatsen die groter zijn dan zijzelf. Iedere mier heeft een stereocamera in zijn hoofd, met daaronder sensoren waarmee hij ruimtelijk inzicht krijgt en voorwerpen kan vastpakken.

Festo’s Bionic Learning Network doet onderzoek naar innovatieve manieren om apparaten bijvoorbeeld autonoom bepaalde taken te laten uitvoeren. Een ander recent opzienbarend project van deze afdeling betreft FreeMotionHandling, waarbij vliegen en grijpen op een bijzondere manier in een toepassing worden verenigd. Oneerbiedig al gedoopt als een ‘apporteerdrone’. We gaan er vast nog meer over lezen.

Bekijk hier de film.