Masterstudenten TU Delft dragen bij aan beter bewegende actuatoren door gebruik te maken van instabiliteiten

18 augustus 2015 door Department of Communication

Studenten van de TU Delft hebben aan de Harvard Universiteit meegewerkt aan een nieuw type zachte opblaasbare actuatoren die efficiënt gebruikt maakt van instabiliteiten. De bevindingen zijn op maandag 17 augustus gepubliceerd in een omslagartikel in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

Masterstudent Luchtvaart-en Ruimtevaarttechniek Jonas D'haen van de TU Delft heeft aan de Harvard Universiteit meegewerkt aan een nieuw type zachte opblaasbare actuatoren die efficiënt gebruikt maakt van instabiliteiten. De bevindingen zijn op maandag 17 augustus gepubliceerd in een omslagartikel in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Robots worden steeds vaardiger in hun bewegingen en het vastpakken van objecten. De elementen die voor deze robotbewegingen zorgen (actuatoren) zijn steeds vaker zacht en kunnen worden opgeblazen via lucht of water. Deze actuatoren hebben vaak grote hoeveelheden lucht of water nodig om van vorm te veranderen, waardoor de robots (of machines) langzaam, groot en onhandig worden. Een team van de Harvard Universiteit heeft nu een nieuwe zachte actuator ontwikkeld die dit nadeel in principe niet heeft.

Experimenten en algoritmes voor het voorspellen van het gedrag van actuatoren

Promovendus Johannes Overvelde, een alumnus van de TU Delft en nu PhD student in de Bertoldi groep aan de Harvard Universiteit, leidde het onderzoek. ‘Afgelopen jaar heb ik aan dit project gewerkt met twee masterstudenten van de TU Delft die aan Harvard een onderzoeksstage deden: Jonas D’haen en Tamara Kloek. Ze hebben experimenten gedaan en meegeholpen met het implementeren van een algoritme voor het voorspellen van het gedrag van de actuatoren.’

 ‘We verbinden verschillende vloeistofsegmenten op zo’n manier dat hun onderlinge samenspel leidt tot onverwacht (en bruikbaar) gedrag van het geheel. Bepaalde combinaties van segmenten kunnen namelijk al bij een zeer kleine verandering in volume, resulteren in een snel bewegende instabiliteit.’

Deze instabiliteit zorgt in de segmenten voor grote veranderingen in inwendige druk, vorm, lengte en uitgeoefende druk. Eén combinatie van segmenten leidde bijvoorbeeld tot een plotselinge verlenging van de actuator. Een andere combinatie zorgde ervoor dat al het volume van het ene segment naar het andere werd verplaatst. Deze snelle bewegingen konden worden getriggerd door kleine veranderingen. Het toevoegen van 1 ml water zorgde bijvoorbeeld voor een interne waterverplaatsing van 20 ml.

 ‘Als we deze instabiliteiten onder controle weten te krijgen, zouden we daarmee zachte robots snel kunnen laten bewegen zonder dat er een onhandig grote vloeistofvoorraad of pomp nodig is. Het mooie aan de individuele segmenten is dat ze makkelijk en goedkoop te fabriceren zijn uit standaard materialen. Maar als je ze combineert, creëer je zachte actuatoren met zeer complex en bruikbaar gedrag’, zegt Overvelde. De volgende stap is om het concept te testen in zachte robots.

Het experiment met twee balonnen

Bekijk hieronder het filmpje dat Harvard School of Engineering maakte waarin wordt uitgelegd hoe een experiment met twee balonnen een nieuwe zacht opblaasbare actuatoren inspireerden. 

Onderzoeksstage van masterstudent Luchtvaart-en Ruimtevaarttechniek Jonas D'haen

Masterstudent Jonas D'haen werkte tijdens zijn onderzoeksstage aan de gecombineerde simulaties van de soft actuators. Hij combineerde verschillende soft actuators en bekeek wat voor invloed ze op elkaar hebben. Met experimentele testen werkte hij aan de validatie van deze simulaties. 'De simulaties vond ik het leukste werk omdat je telkens weer tegen een probleem aan loopt die verholpen moeten worden om de resultaten van de test zo goed mogelijk te laten overeenkomen met de simulaties. Tijdens deze fase van het project krijg je meteen de resultaten te zien waar je maanden daarvoor aan gewerkt hebt, dat maakt het dubbel zo interesant.' 

Het artikel in PNAS kun je achter een betaalmuur terugvinden via deze link.

Credits voor de afbeelding linksboven: Johannes T.B. Overvelde

  

© 2017 TU Delft

Metamenu