Ze komen: zachte robots met slim schakelend materiaal

Voor het eerst is een materiaal ontwikkeld dat meerdere, geheel verschillende mechanische eigenschappen kan aannemen en hiertussen kan schakelen. Leids natuurkundige Martin van Hecke en collega’s publiceerden hun resultaten op 2 oktober in Physical Review Letters.

Onderzoek naar metamaterialen, materialen met verschillende eigenschappen, is sterk in opkomst. Er zijn inmiddels ook andere mechanische metamaterialen gemaakt, maar het ontwerp van Van Hecke en zijn collega-natuurkundigen Bastiaan Florijn en Corentin Coulais is het eerste mechanisch materiaal dat kan schakelen. Van Hecke, hoogleraar Organisatie van de wanordelijke materie, stelt: ‘Ons werk opent de mogelijkheid voor het ontwerpen van een breed scala aan programmeerbare materie.’

Het nieuwe, rubberen materiaal kan variëren van elastisch (stuiterend) tot plastisch (dempend), en ook van normaal elastisch (bij druk duwt het in) tot abnormaal (bij hoge druk zet het uit). Het materiaal bestaat uit elastische rubberplaten met een zorgvuldig ontworpen patroon van ongelijke gaten en kan schakelen door het regelen van de druk op het materiaal. Metamaterialen danken hun bijzondere eigenschappen aan hun structuur. Een ander voorbeeld zijn de recent ontwikkelde ‘onzichtbaarheidsmantels’. 

Het rubberen materiaal van de Leidse onderzoekers kan heel breed worden toegepast, zoals voor schakelbare geluid- en schokdemping. Van Hecke: ‘Dit is bijvoorbeeld interessant voor de automotive industrie. Daarnaast zijn er ook toepassingen voorstelbaar voor high-tech kleding en zelfs voor het ontwikkelen van zachte robots: de slimme, zachte materialen kunnen zowel de motoren, sensoren als het skelet van een nieuw soort robots vormen.’