De eerste zachte robothand is 3D-geprint: hij heeft botten, pezen en ligamenten

door Janine

18 November 2023

Ken je de tijdloze en iconische “Hand” van de Addams Family? Het nieuwe wetenschapsproject doet ons er een beetje aan denken, maar dan in een robotversie: in dit artikel willen we het presenteren en praten over de specifieke kenmerken ervan. Laten we het samen leren kennen.

3D-geprinte zachte robothand: het heeft botten, pezen en ligamenten

Nature

Technologie overwint, samen met kunstmatige intelligentie, uitdagingen en barrières met een steeds futuristischer tintje: de robothand gecreëerd door onderzoekers van de ETH in Zürich, Zwitserland, samen met de startup Inkbit 3D, VS, betreedt ook deze grote vooruitstrevende sector. De samenwerking heeft geleid tot het 3D-printen van ongekende robots: de hand, die zacht aanvoelt, is namelijk uitgerust met kunstmatige ligamenten, botten en pezen. Om het te creëren zijn verschillende elastische en stijve polymeren en een innovatieve laserscantechniek gebruikt. Door erin te slagen 3D-printen aan te passen aan langzaam uithardende polymeren, hebben wetenschappers veel meer deuren geopend voor de verschillende mogelijkheden van zachte robotica.

3D-printen maakt grote stappen (denk maar aan het NASA-project over de eerste stabiele huizen op de maan in 2040), dat de grenzen van het snel uithardende plastic heeft verlegd, waardoor het mogelijk wordt om met elastischere, maar ook resistente materialen te werken. Dankzij deze nieuwe technologie kon het team uit Zürich voor het eerst een robothand met vergelijkbare kenmerken printen. Thomas Buchner, eerste auteur van het onderzoek, zei: “We gebruiken nu langzaam uithardende thioleenpolymeren. Deze hebben uitstekende elastische eigenschappen en keren na het buigen veel sneller terug naar hun oorspronkelijke staat dan polyacrylaten.” Het zijn precies deze materialen die de creatie van de buigende ligamenten van de hand mogelijk maken.

3D-geprinte zachte robothand: de innovatieve laserscanner

Nature

Robert K. Katzschmann, hoogleraar robotica aan de ETH, legde uit: “Robots gemaakt van zachte materialen, zoals de hand die we hebben ontwikkeld, hebben voordelen ten opzichte van conventionele robots van metaal. Omdat ze zacht zijn, is er minder risico op blessures als mensen ermee werken en zijn ze beter geschikt voor het hanteren van kwetsbare goederen.” Om de robothand, die laag voor laag wordt geprint, te maken, hebben de onderzoekers het 3D-printen uitgebreid met een 3D-laserscanner in staat om elke bedrukte laag onmiddellijk te controleren om eventuele oneffenheden en onregelmatigheden op het oppervlak te detecteren.

Wojciech Matusik, professor aan het Massachusetts Institute of Technology, VS, een van de auteurs van het onderzoek, legt uit: “Een feedback mechanisme compenseert deze onregelmatigheden bij het printen van de volgende laag door in realtime en met millimeterprecisie de noodzakelijke aanpassingen aan de hoeveelheid te printen materiaal te berekenen.” Daarom worden ongelijkmatige lagen niet gecorrigeerd of geëgaliseerd, maar worden daaropvolgende lagen afgedrukt op een manier die geschikt is om deze te compenseren.

De nieuwe grenzen van het printen van zacht robot

Nature

Het team van Katzschmann wil zich, na de hand te hebben gemaakt, verdiepen in de productie van nog complexere structuren, terwijl de nieuwe printers door Inkbit 3D aan haar klanten zullen worden verkocht. De techniek is wellicht vergelijkbaar met die van inkjetprinters: in plaats van gekleurde inkten levert het echter harsen op die door UV-licht worden uitgehard, waardoor er meerlaagse 3D-objecten ontstaan ​​in plaats van losse vellen. Bovendien kan het met een opmerkelijk hoge resolutie printen met voxels, het 3D-equivalent van klassieke pixels, met een diameter van slechts enkele micrometers.

Inkbit was al jaren op zoek naar een effectieve oplossing en vond die blijkbaar met deze ingenieuze techniek. Alle vingertoppen van de hand hebben bovendien een dun membraan met een kleine holte aan de achterkant, verbonden met een gedrukte buis en verlengd tot in de structuur van de vinger. Op deze manier wordt de holte samengedrukt wanneer de vingers een voorwerp aanraken, waardoor de interne druk van de buis toeneemt. Een druksensor aan het uiteinde detecteert het proces en stopt de grijpbeweging op het object, zoals de pen en de waterfles die door de onderzoekers worden gebruikt. “Nu kunnen we in één klap daadwerkelijk een bouwwerk of een robot maken. Misschien moet je hier en daar een motor toevoegen, maar de werkelijke complexiteit van de structuur is aanwezig."

Na de hand openen zich nieuwe grenzen van robotexperimenten. Het team creëerde ook een robot met zes poten die heen en weer kan bewegen om een ​​doosje Tic-Tac op te pakken en een pomp die een hartspier simuleert. Een uitzonderlijk keerpunt dat grote resultaten belooft in de nabije toekomst.