Zelfaanpassende robot wisselt tussen lopen en zwemmen – zonder elektronica of sensoren

Een onderzoeksteam van het FOM Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) heeft een bijzondere loop- en zwemrobot ontwikkeld die zich volledig automatisch aanpast aan zijn omgeving – en dat zonder enige vorm van elektronische besturing of sensortechnologie. De robot kan bijvoorbeeld naadloos overschakelen van lopen op land naar zwemmen in water, puur aangedreven door luchtdruk.

Normaal gesproken vereist een robot veel elektronica, sensoren en soms zelfs kunstmatige intelligentie om zich aan wisselende terreinen aan te passen. Die technologie stelt de robot in staat zijn omgeving te analyseren en zijn voortbeweging dienovereenkomstig aan te passen.

De onderzoekers van AMOLF kozen echter een radicaal andere aanpak: ze wilden een zo simpel mogelijke robot bouwen die zijn bewegingen automatisch afstemt op de omgeving. Hun oplossing: luchtdruk als aandrijvingsmechanisme. Net zoals die opblaasbare, wapperende reclamepoppen die je vaak bij evenementen ziet, beweegt de zachte robot van AMOLF door luchtstromen die zijn lichaam in trilling brengen.

De robot is gemaakt van siliconen en heeft buisvormige poten, zoals beschreven in de in Science gepubliceerde studie “Physical synchronization of soft self-oscillating limbs for fast and autonomous locomotion”. Zodra lucht in het lichaam wordt gepompt, beginnen de poten onafhankelijk van elkaar te wiebelen. Wanneer deze poten met elkaar worden gekoppeld, synchroniseren hun bewegingen zich vanzelf, wat resulteert in een vloeiende en gecoördineerde voortbeweging.

“Uit chaos ontstaat ineens orde,” zegt Alberto Comoretto, hoofdauteur van de studie. “Er is geen code, geen instructie. De benen synchroniseren zich spontaan, en de robot begint te bewegen. Zoals vuurvliegjes die tegelijk oplichten of hartcellen die synchroon samentrekken – complexe, collectieve bewegingen kunnen voortkomen uit eenvoudige onderlinge interacties.”

In hun experimenten ontdekten de wetenschappers nog een opmerkelijke eigenschap: afhankelijk van de ondergrond verandert de robot spontaan zijn manier van voortbewegen. Wanneer hij bijvoorbeeld van land het water in gaat, schakelt hij automatisch over van een huppelende looppatroon naar een zwembeweging – geheel zonder enige besturing. Deze aanpassing komt puur voort uit de fysieke interactie tussen robot en omgeving.

Naast zijn aanpassingsvermogen is de robot ook uitzonderlijk snel: hij haalt een topsnelheid van maar liefst 30 keer zijn lichaamslengte per seconde – ongeveer een derde sneller dan een Ferrari, aldus de onderzoekers.

Toekomstige toepassingen van deze technologie zijn veelbelovend. Denk aan slimme medicijncapsules die gericht medicijnen in het lichaam afleveren, of exoskeletten die zich automatisch afstemmen op de bewegingen van de drager – en dat zonder zware elektronica of hoog energieverbruik.