Met uitstekende flexibiliteit en aanpassingsvermogen worden zachte opblaasbare robots in veel toepassingen het licht van de toekomst. Het naadloos integreren van detectie- en controlesystemen in deze robots was echter een lastige uitdaging, omdat dit moet gebeuren zonder de zachtheid, vormfactor of prestaties van de robot in gevaar te brengen.
Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Jiyun Kim (departement nieuwe materiaalkunde, UNIST) en prof. Jonbum Bae (departement werktuigbouwkunde, UNIST) heeft een enorme doorbraak op dit gebied bereikt door met succes een innovatieve oplossing te ontwikkelen die bekend staat als "zachte klep "-technologie, die de volledige integratie van sensoren en regelkleppen mogelijk maakt. Met behoud van de zachtheid van de robot.
Traditioneel moest het lichaam van een zachte robot naast stijve elektronische componenten bestaan om detectiefuncties mogelijk te maken. Deze uitdaging heeft aanleiding gegeven tot de ‘zachte klep’-technologie, een geïntegreerde oplossing die sensoren en regelkleppen combineert zonder de zachtheid van de robot te belemmeren. De technologie maakt gebruik van zachte analoge sensoren en regelkleppen, componenten die geen elektriciteit nodig hebben om te werken.
Deze buisvormige componenten hebben een dubbele functie: ze kunnen externe stimuli detecteren, terwijl ze luchtdruk gebruiken om de bewegingen van de robot nauwkeurig te controleren.
Deze doorbraak betekent dat zachte robots niet langer afhankelijk zijn van stijve elektronische componenten voor detectie en controle. Traditionele zachte robots hebben flexibele lichamen, maar vereisen vaak harde elektronische componenten voor stimulusdetectie en aandrijfbesturing. De komst van zachte kleptechnologie heeft deze robots echter een grotere autonomie en aanpassingsvermogen gegeven.
Dit onderzoek brengt ook een breed scala aan toepassingsperspectieven met zich mee. Het onderzoeksteam creëerde een universele tang die kwetsbare voorwerpen, zoals chips, op een slimme manier kan vastgrijpen, waardoor de mogelijkheid van buitensporige kracht wordt vermeden die tot breuk kan leiden wanneer traditioneel stijve robots voorwerpen oppakken.
Daarnaast heeft het onderzoeksteam met succes draagbare elleboogondersteunde robots ontwikkeld die zijn ontworpen om de belasting van de spieren te verminderen bij het uitvoeren van repetitieve taken of taken die zware armactiviteit vereisen. Deze elleboogsteunen passen zich automatisch aan de buighoek van de arm van het individu aan, waardoor de stress met gemiddeld 63 procent wordt verminderd en het dragen van de robot comfortabeler wordt.
Het kernprincipe van zachte kleptechnologie is om de luchtstroom in de buisvormige structuur te gebruiken om te werken. Wanneer er spanning wordt uitgeoefend op één uiteinde van de buis, wordt dit door de binnendraad samengedrukt, waardoor de in- en uitstroom van gas wordt geregeld. Deze unieke beweging, vergelijkbaar met een accordeon, maakt nauwkeurige en flexibele robotbewegingen mogelijk zonder dat er elektriciteit nodig is.
Het onderzoeksteam ontdekte ook dat ze, door de structuur of het aantal draden in de buis te programmeren, veranderingen in de luchtstroom nauwkeurig konden controleren. Dankzij deze programmeerbaarheid kan de robot worden afgestemd op verschillende situaties en vereisten, terwijl hij flexibel blijft in reactie op externe krachten.
Professor Bae zei: "Deze nieuw ontwikkelde componenten kunnen eenvoudig worden geprogrammeerd met materialen die kunnen worden gebruikt zonder dat er elektronica nodig is. Deze doorbraak zal de vooruitgang van verschillende draagbare systemen enorm bevorderen."
Deze baanbrekende zachte kleptechnologie markeert een belangrijke stap in de richting van het mogelijk maken van de autonome werking van volledig zachte, elektronicavrije robots, een belangrijke mijlpaal in het verbeteren van de veiligheid en het aanpassingsvermogen in meerdere industrieën. De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, openen nieuwe mogelijkheden voor de toekomst van zachte robotica. Er wordt verwacht dat deze technologie een sleutelrol zal spelen in de gezondheidszorg, de productie en vele andere gebieden, en meer gemak en innovatie in ons leven en werk zal brengen.