17 feb. 1999
3 minuten
Het ziet eruit als iets dat je zou vinden in de la van een knutselaar: een rupsachtige constructie van metalen ringetjes en stripjes. Maar de achterliggende techniek is heel bijzonder en de mogelijkheden voor de lange termijn zijn eveneens de moeite waard. Het kleine machientje is ‘milli-moteïne’ gedoopt – een naam waarin zowel de millimeter-afmetingen als de inspiratiebron, proteïnen, tot uitdrukking komen. Het motorontwerp is gebaseerd op de ongelooflijk complexe vormen waarin eiwitten zich kunnen vouwen. De minuscule robot zou een voorloper kunnen zijn voor toekomstige toestellen die zichzelf in vrijwel elke denkbare vorm kunnen opvouwen.
Het robotje is ontwikkeld door Neil Gershenfeld, hoofd van het ‘Centrum voor bits en atomen’ bij MIT. Samen met mede-onderzoekers Ara Knaian en Kenneth Cheung, presenteerde hij de uitvinding onlangs op de Intelligent Robots and Systems Conference. De belangrijkste eigenschap is volgens Gershenfeld: "Het is in feite een eendimensionale robot die kan worden gemaakt als lange strip, zonder conventionele bewegende delen en die kan worden gevouwen in willekeurige vormen."
Elektropermanent
Voor de kleine robot is een geheel nieuw soort motor bedacht, die niet alleen klein en sterk moest zijn, maar die zijn positie ook stevig kan vasthouden, zelfs als de voeding wordt uitgeschakeld. De onderzoekers konden voldoen aan die eisen met een nieuw systeem: een elektropermanente motor. Deze motor is in principe identiek aan de enorme elektromagneten die bij sloperijen worden gebruikt om auto’s op te tillen. Hierin is een sterke permanente magneet (die niet hoeft te worden gevoed) gekoppeld aan een zwakkere elektromagneet, waarvan de polarisatie kan worden omgekeerd. Zo kunnen de magnetische velden van beide magneten bij elkaar worden opgeteld of van elkaar worden afgetrokken. Op die manier kan de krachtige permanente magneet naar believen worden geneutraliseerd, zonder dat voortdurend een enorme elektromagneet hoeft te worden gevoed.
In de nieuwe miniatuurversie is een serie permanente magneten en elektromagneten in een cirkel gearrangeerd. Zij sturen een stalen ring aan, die er omheen is geplaatst. De belangrijke innovatie, zo verklaart Knaian, is dat ze noch in de aan- noch in de uit-toestand voeding nodig hebben. Alleen als de toestand moet veranderen is voeding vereist.
Vouwen
Het milli-moteïne concept is het vervolg op een eerder gepubliceerd onderzoek, waarbij werd uitgezocht of het theoretisch mogelijk is om elke gewenste 3D-vorm te maken door het simpelweg vouwen van een lange streng van identieke sub-eenheden. Dat onderzoek, waaraan werd meegewerkt door Cheung, MIT professor Erik Demaine, alumnus Saul Griffith, en voormalig onderzoeker bij het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory Jonathan Bachrach, toonde mathematisch aan dat zoiets inderdaad mogelijk is. En dat het mogelijk is om te bepalen hoe zo’n streng moet worden gevouwen en welke stappen er precies nodig zijn om het gewenste resultaat te verkrijgen. Demaine wijst erop dat het vouwen van de vorm niet sequentieel langs de streng hoeft te gebeuren. "Het liefst zou je het in één keer doen", zegt hij, "waarbij alle koppelingen zich simultaan in de gewenste vorm vouwen, zodat de belastingen worden gedistribueerd".
Kiezels
Andere wetenschappers hebben het idee onderzocht om herconfigureerbare robots samen te stellen uit een aantal losse onderdelen die zichzelf in verschillende vormen zouden kunnen configureren – een benadering die ook wel ‘programmeerbare kiezels wordt genoemd. Maar het team van Gershenfeld vond dat een zichzelf opvouwende streng van subunits eenvoudiger zou zijn, zowel wat betreft de besturing, de voeding als de communicatie.
"Het is een onderdeel van een algemenere benadering", zegt Gershenfeld, "waarbij we data omzetten in dingen. Nu zit ontwerpinformatie in een externe computer en niet in de materialen waarmee wordt geproduceerd. Ons doel is het digitaliseren van de materialen, zodat ze hun eigen vorm kunnen veranderen."
Deze gedachte is een stap op weg naar ‘programmeerbare materie’ waarbij computerprogramma’s en materialen samen een nieuwe vorm van materie vormen, waarvan vorm en functie kunnen worden geprogrammeerd.
Het werk van de MIT-onderzoekers kan leiden tot robotsystemen die dynamisch kunnen worden geherconfigureerd om veel verschillende taken uit te voeren en die veel goedkoper zijn te produceren dan conventionele robots.
Download het artikel:
The Milli-Motein: A Self-Folding Chain of Programmable Matter with a One Centimeter Module Pitch
Anderen lazen ook
