Zelfherstellende robots ‘voelen pijn’

In de komende drie jaar werken onderzoekers van de Vrije Universiteit Brussel, Universiteit van Cambridge, École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la ville de Paris (ESPCI-Paris) en Empa samen met de Nederlandse polymeerfabrikant SupraPolix aan de volgende generatie van robots: (zachte) robots die ‘pijn voelen’ en zichzelf genezen. De partners kunnen ter ondersteuning rekenen op 3 miljoen euro van de Europese Commissie.

In de nabije toekomst zullen robots niet alleen in fabrieken en laboratoria worden gevonden, maar zullen ze de mensheid ook helpen in hun directe omgeving. Robots zullen ons helpen in het huishouden, om onze werklast te verminderen en om ons leven veiliger te maken. Robots werken zij aan zij samen en het is belangrijk dat dit op een veilige manier gebeurt. Om manipulatie van kwetsbare objecten mogelijk te maken en de veiligheid van mensen te garanderen, zijn veel robots van de volgende generatie gebouwd van flexibele materialen. Omdat ze zacht zijn, kunnen ze mensen geen pijn doen. Maar dit betekent tegelijkertijd dat deze ‘zachte robots’ bijzonder kwetsbaar zijn voor beschadigingen veroorzaakt door scherpe objecten die overal om ons heen aanwezig zijn. De reparaties die nodig zijn om die robots weer aan het werk te krijgen, kosten vaak tijd en zijn daarom erg duur.

Om dit te voorkomen, zullen de wetenschappers binnen het nieuwe SHERO-project technologieën ontwikkelen die zachte robots in staat stellen schade zelf te genezen. Omdat bij dit reparatieproces geen mensen betrokken moeten zijn, onderzoeken de onderzoekers zelfherstellende materialen om de zachte robots mee te bouwen. Deze flexibele kunststoffen kunnen zichzelf volledig genezen wanneer ze beschadigd zijn. Ingebed functioneel materiaal helpt te voelen en het zelfgenezingsproces te activeren. Het ambitieuze doel van het Europese project is om een zachte robot gemaakt van zelfherstellend materiaal te maken, die schade kan detecteren en de nodige stappen kan nemen om het defect (tijdelijk) te genezen.

Partners brengen knowhow samen

Het prestigieuze project wordt geleid door de Universiteit van Brussel (VUB) met een team van wetenschappers van het robotica-onderzoekscentrum Brubotics en het polymeeronderzoekslaboratorium FYSC. Prof. Vanderborght, die het project leidt, legt uit: “We zijn uiteraard erg blij dat we aan de volgende generatie robots kunnen werken. In de afgelopen jaren hebben we al de eerste stappen gezet in het creëren van zelfherstellende materialen voor robots. Met dit onderzoek willen we doorgaan en vooral zorgen dat robots die in onze werkomgeving worden gebruikt veiliger, maar ook duurzamer zijn. Dankzij het zelfreparatiemechanisme van dit nieuwe soort robots behoren complexe, dure reparaties tot het verleden.”

Thomas George Thuruthel, onderzoeksmedewerker in Soft Robotics Sensing and Self-Healing aan het Department of Engineering, Universiteit van Cambridge: “We zullen machine learning gebruiken om te werken aan de modellering en integratie van deze zelfherstellende materialen, inclusief zelfherstel actuatoren en sensoren, schadedetectie, lokalisatie en gecontroleerde genezing. Het einddoel is om de zelfherstellende sensoren en actuatoren te integreren in demonstratieplatforms om specifieke taken uit te voeren.”

Empa zal zich richten op nieuwe flexibele sensoren en actuatoren, die kunnen worden ingebed in de zelfherstellende polymeren. “In een eerste stap zullen we onze piëzoresistieve zachte materiaalsensorvezels in het zelfherstellende polymeer insluiten om continu de spanning te detecteren en het gebied te detecteren waar een zelfherstellend proces moet worden geactiveerd. In een latere stap zullen andere soorten sensoren en actuatoren worden geïntegreerd, afhankelijk van de uiteindelijke toepassing”, verklaart Frank Clemens, groepsleider bij het Laboratorium voor High Performance Ceramics. 

Tonny Bosman, CEO van SupraPolix: “We voelen ons bevoorrecht om een partner te zijn in dit consortium van Europa’s beste onderzoeksgroepen voor zachte robotica. We zijn ervan overtuigd dat onze zelfherstellende materialen dit veld naar het volgende niveau kunnen brengen, waardoor waarde wordt gecreëerd voor SupraPolix, robotica en de gemeenschap in het algemeen.”