Robotduizendpoten gaan wandelen

Osaka, Japan – Onderzoekers van de afdeling Werktuigbouwkunde en Bio-engineering aan de Universiteit van Osaka hebben een nieuw type mobiele robot gemaakt die profiteert van dynamische instabiliteit voor voortbeweging. Door de flexibiliteit van de koppelingen te veranderen, kan de robot worden gemaakt om te roteren zonder dat complexe algoritmische controlesystemen nodig zijn. Dit werk kan helpen bij het creëren van reddingsrobots die oneffen terrein kunnen doorkruisen.

De meeste dieren op aarde hebben een robuust voortbewegingssysteem ontwikkeld met behulp van poten die hen een hoge mate van mobiliteit bieden in een breed scala van omgevingen. Enigszins teleurstellend, ingenieurs die hebben geprobeerd deze benadering te repliceren, hebben robots met poten vaak verrassend kwetsbaar gevonden. Het instorten van één been als gevolg van herhaalde stress kan het functioneren van deze robots ernstig beperken. Bovendien vereist het aansturen van een groot aantal gewrichten, zodat een robot complexe omgevingen kan doorkruisen, veel rekenkracht. Verbeteringen in dit ontwerp kunnen erg handig zijn voor het bouwen van autonome of semi-autonome robots die kunnen dienen als verkennings- of reddingsvoertuigen en voor het betreden van gevaarlijke gebieden.

Nu hebben onderzoekers van de universiteit van Osaka een biomimetische “myriapod” -robot ontwikkeld die profiteert van natuurlijke instabiliteit die rechtop lopen kan transformeren in een kromlijnige beweging. In een recent gepubliceerde studie in zachte robots, Onderzoekers van de universiteit van Osaka beschrijven hun robot, die uit zes delen bestaat (met twee poten aan elk deel) en flexibele gewrichten. Met een verstelbare schroef kan de flexibiliteit van de koppelingen motorisch worden aangepast tijdens de loopbeweging. De onderzoekers toonden aan dat verhoogde gewrichtsflexibiliteit leidde tot een aandoening die “pitchfork bifurcatie” wordt genoemd, waarbij rechtop lopen onstabiel wordt. In plaats daarvan verschuift de robot naar lopen in een kromlijnig patroon, naar rechts of naar links. Gewoonlijk proberen ingenieurs te voorkomen dat er instabiliteit ontstaat. Het gereguleerde gebruik ervan kan echter een efficiënte manoeuvreerbaarheid mogelijk maken. “Het vermogen van sommige zeer behendige insecten waarmee ze dynamische instabiliteit in hun beweging kunnen beheersen om snelle veranderingen in voortbeweging teweeg te brengen, inspireerde ons”, zegt Shinya Aoi, een auteur van de studie. Aangezien deze benadering de beweging van de lichaamsas niet rechtstreeks stuurt, maar eerder de flexibiliteit regelt, kan het de rekenkundige complexiteit en de energiebehoefte aanzienlijk verminderen.

Het team testte het vermogen van de robot om specifieke locaties te bereiken en ontdekte dat hij kon navigeren door gebogen paden naar doelen te nemen. “We kunnen toepassingen verwachten in verschillende scenario’s, zoals zoeken en redden, opereren in gevaarlijke omgevingen of het verkennen van andere planeten”, zegt Mao Adachi, een andere auteur van het onderzoek. Toekomstige releases kunnen extra chips en besturingsmechanismen bevatten.

###

Het artikel “Efficient and Efficient Motion of a myriapod Robot with Variable Body Axis Flexibility via Instability and Bifurcation” is gepubliceerd in Zachte robots In de DOI: https://doi.org/10.1089/soro.2022.0177