kameleons, salamanders en veel padden gebruiken opgeslagen elastische energie om hun plakkerige tong af te vuren op nietsvermoedende insecten die zich tot anderhalve lichaamslengte verwijderd bevinden, ze binnen een tiende van een seconde te vangen.

Ramses Martinez, een assistent-professor aan de Purdue's School of Industrial Engineering en aan de Weldon School of Biomedical Engineering aan het Purdue University's College of Engineering en andere Purdue-onderzoekers van het FlexiLab hebben een nieuwe klasse van volledig zachte robots en actuatoren ontwikkeld die in staat zijn om bio-geïnspireerde krachtige en snelle bewegingen met behulp van opgeslagen elastische energie. Deze robots zijn vervaardigd met behulp van rekbare polymeren vergelijkbaar met elastiekjes, met interne pneumatische kanalen die uitzetten bij druk.

De elastische energie van deze robots wordt opgeslagen door hun lichaam in een of meerdere richtingen te strekken tijdens het fabricageproces volgens op de natuur geïnspireerde principes. Net als bij de tongaanval van de kameleon, een voorgespannen pneumatische zachte robot kan vijf keer zijn eigen lengte uitzetten, vang een levende vliegkever en haal hem in slechts 120 milliseconden terug.

"We geloofden dat als we robots konden maken die in staat zijn om zulke grote amplitudebewegingen met hoge snelheid uit te voeren, zoals kameleons, dan zouden veel geautomatiseerde taken nauwkeuriger en veel sneller kunnen worden voltooid, " zei Martinez. "Conventionele robots worden meestal gebouwd met behulp van harde en zware componenten die hun beweging vertragen als gevolg van traagheid. Die uitdaging wilden we aangaan."

Deze technologie is gepubliceerd in de editie van 25 oktober van: Geavanceerde functionele materialen . Een video die deze insectenvangende robot laat zien:

Veel vogels, zoals de drieteenspecht, het bereiken van zero-power zitstokken met behulp van de elastische energie die is opgeslagen in de gestreste pezen aan de achterkant van hun benen, zodat ze niet van een baars kunnen vallen als ze slapen. De anatomie van deze vogels heeft als voorbeeld gediend om de fabricage van robotgrijpers mogelijk te maken die in staat zijn tot nulvermogen en die tot 100 keer hun gewicht kunnen vasthouden en ondersteboven neerstrijken vanuit hoeken tot 116 graden.

De vervormbaarheid van de zachte armen van deze grijpers naar het gegrepen object maximaliseert het contactoppervlak, het verbeteren van het grijpen en het vergemakkelijken van het vangen op hoge snelheid en het vasthouden zonder kracht. Een video die laat zien hoe deze op vogels geïnspireerde zachte robotgrijper een bal vangt die met 10 millimeter per seconde in slechts 65 milliseconden beweegt, is hieronder beschikbaar:

Een video die laat zien hoe deze grijpers ondersteboven kunnen zitten vanuit hoeken tot 116 graden:

Sommige planten weten ook hoe ze elastische energie kunnen benutten om snelle bewegingen te bereiken met behulp van 'valmechanismen'. De Flytrap van Venus gebruikt de elastische energie die is opgeslagen in zijn bistabiele, gebogen bladeren om snel te sluiten op prooien die hun binnenoppervlak verkennen.

Geïnspireerd door het valmechanisme van de Flytrap van Venus en bestuderend hoe hagedissen insecten vangen, het Purdue-team creëerde een zachte robotachtige Venus-flytrap, die sluit in slechts 50 milliseconden na ontvangst van een korte stimulus onder druk. Een video met hoge snelheidscamera die de sluiting in een oogwenk laat zien van deze zachte, robotachtige Venus-flytrap:

Martinez zei dat deze nieuwe voorgespannen zachte robots verschillende belangrijke voordelen hebben ten opzichte van bestaande zachte robotsystemen. Eerst, ze blinken uit in aangrijpen, vasthouden en manipuleren van een grote verscheidenheid aan objecten op hoge snelheid. Ze kunnen de elastische energie gebruiken die is opgeslagen in hun voorgespannen elastomere laag om objecten tot 100 keer hun gewicht vast te houden zonder externe energie te verbruiken.

Hun zachte huid kan gemakkelijk van een patroon worden voorzien met antislip microspikes, wat hun trekkracht aanzienlijk verhoogt en hen in staat stelt om gedurende langere tijd ondersteboven te zitten en het vangen van levende prooien vergemakkelijkt.

"We stellen ons voor dat de hier voorgestelde ontwerp- en fabricagestrategieën de weg zullen banen naar een nieuwe generatie volledig zachte robots die in staat zijn elastische energie te benutten om snelheden en bewegingen te bereiken die momenteel ontoegankelijk zijn voor bestaande robots, ', zei Martínez.