Van trottoirs tot robotica: opblaasbare poppen inspireren hersenloze robots

Robotica

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 14-05-2025

De benen van de robot zijn op elkaar afgestemd, waardoor hij ook op onbekend terrein kan navigeren. [Afbeelding: AMOLF/Alberto Comoretto]

Gekke robots

Opblaasbare dolls zijn van leuke curiosa uitgegroeid tot een professioneel reclamemiddel en nu zijn ze ook nog eens technologisch geavanceerd.

Alberto Comoretto en collega's van het Amolf Instituut in Nederland hebben hetzelfde principe als de schommelpoppen gebruikt om een ​​robot te creëren die kan lopen, springen en zelfs zwemmen. Dit alles gebeurt zonder hersenen, elektronica of kunstmatige intelligentie : alleen flexibele buizen, lucht en wat basisfysica.

Het is een van de snelste zachte robots die ooit is gemaakt, en ook een van de eenvoudigste.

Er zit geen microcontroller, geen software en zelfs geen sensoren in . En toch beweegt hij met een verbazingwekkende coördinatie en autonomie, simpelweg door de structuur van zijn lichaam en de manier waarop hij met de omgeving omgaat.

Met andere woorden: dezelfde natuurkunde die ervoor zorgt dat gekke poppen bewegen en dansen, is de sleutel geworden tot het ontstaan ​​van een nieuwe familie van autonome en uiterst veelzijdige robots. Er zijn bijvoorbeeld niet veel robots die kunnen lopen en zwemmen zonder dat ze daarvoor aanpassingen nodig hebben.

Dezelfde zelf-oscillerende ledematen die bij het lopen worden gebruikt, worden ook bij het zwemmen in de vrije slag gesynchroniseerd. [Afbeelding: AMOLF/Alberto Comoretto]

Autonome gesynchroniseerde beweging

De benen van de robot zijn gemaakt van zachte, holle buizen. Enkel aangedreven door een continue luchtstroom, begint elk van hen te oscilleren, net als opblaaspoppen op de stoep - de luchtstroom is ingebed, dat wil zeggen, gegenereerd in het lichaam van de robot zelf, wat betekent dat deze autonoom is.

Elk been zwaait willekeurig op zichzelf. Maar wanneer er veel van hen op een goed geplande manier aan elkaar worden gekoppeld, gebeurt er iets interessants: hun bewegingen synchroniseren zich snel, waarbij ze ritmische bewegingen aannemen die zich uitstekend lenen voor voortbeweging.

"Plotseling ontstaat er orde in de chaos", aldus Comoretto. Er is geen code, geen instructies. De benen komen spontaan in sync, en de robot stijgt op. Net zoals vuurvliegjes synchroon knipperen of hartcellen synchroon kloppen, ontstaan ​​complexe collectieve bewegingen uit simpele interacties.

Voorbeeld van de beweging van een opblaasbare machine. [Afbeelding: Alberto Comoretto et al. - 10.1126/wetenschap.adr3661]

Sneller dan Ferrari

Een andere onverwachte eigenschap van de robot is zijn snelheid. Wanneer de luchtstroom wordt ingeschakeld, bereikt de robot een loopsnelheid van 30 lichaamslengtes per seconde.

Wilt u een vergelijking? Een Ferrari bereikt slechts 20 lichaamslengtes per seconde. Met andere woorden: de snelheid van de robot is vele malen hoger dan die van andere luchtaangedreven robots, die nog steeds een computergestuurde besturing nodig hebben, los van de robot zelf.

En daar blijft het niet bij: synchronisatie is adaptief. Als de robot een obstakel tegenkomt, heroriënteert hij zich. Bij de overgang van land naar water verandert het looppatroon bijvoorbeeld spontaan van een gefaseerd springpatroon naar een vrije slag. Deze overgangen vinden plaats zonder dat er een centrale processor of besturingslogica aan te pas komt: de beweging ontstaat door de sterke koppeling tussen het lichaam van de robot en de omgeving, zonder dat er sensoren nodig zijn om de aanwezigheid van water of lucht te detecteren.

"In de biologie zien we vaak vergelijkbare decentrale intelligentie", aldus teamlid Mannus Schomaker. "Zeesterren coördineren bijvoorbeeld honderden buisvoeten met behulp van lokale feedback en lichaamsdynamiek, niet met behulp van een gecentraliseerd brein."

De natuur maakt ook gebruik van deze natuurkundige wetten in de reclamepoppen die je op de stoep ziet. [Afbeelding: Alberto Comoretto et al. - 10.1126/wetenschap.adr3661]

Machine met meerdere toepassingen

Deze demonstratie ondermijnt de gangbare opvatting dat robots complexe besturingssystemen nodig hebben om complexe of realistische gedragingen uit te voeren.

"Eenvoudige objecten zoals buizen kunnen aanleiding geven tot complexe en functionele gedragingen, mits we begrijpen hoe we de onderliggende natuurkunde moeten benutten", aldus professor Bas Overvelde, die het team leidde. De onderzoeker zelf noemt de creatie van zijn team liever geen robot. "Er is geen brein, geen computer. In wezen is het een machine. Maar als het goed ontworpen is, kan het veel robotsystemen overtreffen en zich gedragen als een kunstmatig wezen", aldus Overvelde.

De onderzoekers hopen dat hun werk zal leiden tot nieuwe manieren van denken over het ontwerpen van robotica: eenvoudigere, aanpasbare en robuustere systemen, niet via computers en kunstmatige intelligentie, maar via de natuurkunde.

Er is geen gebrek aan mogelijke toepassingen, van slimme pillen tot ruimtetechnologie. Tot de eerste groep behoren veilige microrobots zonder micro-elektronica, die kunnen worden ingeslikt en autonoom medicijnen afgeven nadat ze het doelweefsel hebben bereikt, en draagbare robotische exoskeletten, die zonder processoren synchroniseren met de loopstappen, waardoor het energieverbruik wordt verminderd en de menselijke kracht wordt vergroot. Maar het zouden ook autonome mechanische machines kunnen zijn, geschikt voor extreme omgevingen zoals de ruimte, waar traditionele elektronica kan falen vanwege extreme temperatuurverschillen en hoge stralingsniveaus.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen