Kirigami-gebaseerde Robotgrepers Hanteren Eidooiers Zonder Te Breken

Onderzoekers van North Carolina State University hebben een nieuw type flexibele robotgrepers gedemonstreerd die in staat zijn kwetsbare eidooiers op te tillen zonder ze te breken, en die precies genoeg zijn om een mensenhaar op te tillen. Het werk heeft toepassingen voor zowel zachte robotica als biomedische technologieën.

Inspiratie uit de kirigami-kunst

Het werk is geïnspireerd op de kunst van kirigami, wat zowel knippen als vouwen van tweedimensionale (2D) bladen materiaal omvat om driedimensionale (3D) vormen te creëren. Specifiek hebben de onderzoekers een nieuwe techniek ontwikkeld die kirigami gebruikt om 2D bladen om te zetten in gebogen 3D structuren door parallelle sneden door het grootste deel van het materiaal te maken. De uiteindelijke vorm van de 3D structuur wordt grotendeels bepaald door de buitenrand van het materiaal. Een 2D materiaal met een cirkelvormige rand zou bijvoorbeeld een sferische 3D vorm vormen.

"We hebben een model gedefinieerd en gedemonstreerd dat gebruikers in staat stelt om achteruit te werken,"

aldus Yaoye Hong, eerste auteur van het artikel over het werk. "Als gebruikers weten welk soort gebogen 3D structuur ze nodig hebben, kunnen ze onze aanpak gebruiken om de randvorm en het patroon van sneden te bepalen die ze in het 2D materiaal moeten gebruiken. Extra controle over de uiteindelijke structuur is mogelijk door de richting te controleren waarin het materiaal wordt geduwd of getrokken."

"Onze techniek is een stuk eenvoudiger eerdere technieken voor het omzetten van 2D materialen in gebogen 3D structuren, en het stelt ontwerpers in staat een grote verscheidenheid aan aangepaste structuren te creëren vanuit 2D materialen,"

zegt professor Jie Yin.

Toepassingen: van eidooiers tot biomedische hulpmiddelen

De onderzoekers toonden de bruikbaarheid van hun techniek door grepers te maken die in staat zijn objecten te grijpen en op te tillen, variërend van eidooiers tot een mensenhaar.

"Conventionele grepers grijpen een object stevig — ze pakken dingen door druk uit te oefenen,"

aldus Yin. "Dat kan problemen opleveren bij het grijpen van kwetsbare objecten, zoals eidooiers. Onze grepers omringen een object essentieel en tillen het dan op — vergelijkbaar met de manier waarop we onze handen om een object heen vouwen. Hierdoor kunnen we zelfs kwetsbare objecten 'grijpen' en verplaatsen, zonder in te boeten op precisie."

De onderzoekers merken op dat er een reeks andere potentiële toepassingen zijn, zoals het gebruik van de techniek om biomedische technologieën te ontwerpen die zich aanpassen aan de vorm van een gewricht — zoals de menselijke knie.

"Denk aan slimme verbanden of monitoringapparaten die in staat zijn te buigen en te bewegen met je knie of elleboog,"

zegt Yin. "Dit is conceptbewijs dat onze techniek werkt. We zijn nu bezig met het integreren van deze techniek in zachte robotica-technologieën om industriële uitdagingen aan te pakken. We onderzoeken ook hoe deze techniek gebruikt kan worden om apparaten te creëren die warmte op de menselijke knie kunnen toepassen, wat therapeutische toepassingen zou hebben."