Decentraal aansturen biedt uitkomst voor minuscule robotvariaties

Robots die niet alleen worden aangestuurd door elektronica, maar ook door chemische reacties in hun eigen materiaal. Door slimme moleculen te gebruiken wil Michael Lerch van Rijksuniversiteit Groningen robots ontwikkelen die zich sneller en flexibeler aanpassen aan hun omgeving, zonder voortdurend afhankelijk te zijn van een centrale computer.

Volgens Lerch zijn huidige robots sterk gecentraliseerd. Sensoren verzamelen informatie, waarna een centrale processor bepaalt hoe de robot moet reageren. In de natuur werkt dat vaak anders. Een octopus kan bijvoorbeeld zijn armen grotendeels zelfstandig laten reageren, terwijl ook mensen reflexen hebben die zonder tussenkomst van de hersenen plaatsvinden. Zo’n gedecentraliseerde aansturing maakt snelle reacties mogelijk en vormt zo een inspiratiebron voor nieuwe robots.

Samengedrukte moleculen

Om dat principe na te bootsen ontwikkelt Lerch materialen die zelf op prikkels reageren. Daarbij maakt hij gebruik van zogeheten mechanoforen: moleculen die geactiveerd worden wanneer ze worden uitgerekt of samengedrukt. Die activering zet een reeks chemische reacties in gang, vergelijkbaar met een kettingreactie, waardoor een beweging ontstaat of een lokale beslissing wordt genomen.

Volgens de onderzoeker kunnen deze chemische netwerken ‘meer doen dan alleen beweging opwekken’. Lerch: “‘De gemiddelde robot heeft allerlei sensoren om de omgeving te scannen en motortjes om te bewegen, allemaal aangestuurd door een centrale computer. Maar ze kunnen alleen uitvoeren wat in die centrale computer is voorgeprogrammeerd”. Chemische netwerken zijn ook in staat informatie op te slaan, eenvoudige berekeningen uit te voeren en vooraf geprogrammeerde reacties uit te voeren. Daarmee fungeren ze als een soort chemische computer die direct in het materiaal is geïntegreerd.

Chemisch besturingsproces

De technologie is vooral interessant voor zeer kleine robots. Op afmetingen van enkele tienden van een millimeter is er nauwelijks ruimte voor conventionele elektronica of computerchips. Een chemisch besturingssysteem kan die rol overnemen en micro-robots in staat stellen zelfstandig te bewegen en op hun omgeving te reageren. Lerch ziet daarnaast toepassingen in zachte robotica. Een robothand zou bijvoorbeeld lokaal kunnen voelen hoe stevig een object is en de grijpkracht direct aanpassen, zonder dat eerst een signaal naar een centrale processor hoeft te worden gestuurd. Dat maakt robots niet alleen sneller, maar ook veiliger en beter geschikt voor interactie met mensen.