EPFL ontwikkelt flexibele lineaire motor in draadvorm (video)

Onderzoekers van de Zwitserse technische universiteit EPFL hebben een flexibele elektrostatische motor ontwikkeld met een diameter van 1 tot 3 mm. De FiberMotor zet elektrische energie rechtstreeks om in een lineaire beweging. De onderzoekers zien toepassingen in soft robots, draagbare ondersteuningssystemen en haptische interfaces.

De FiberMotor bestaat uit twee concentrische, holle vezels. Rond beide vezels zijn geïsoleerde koperdraadelektroden gewikkeld, die iets dikker zijn dan een menselijke haar. Door deze elektroden met spanning aan te sturen, trekken elektrostatische krachten de vezels telkens naar een volgende uitgelijnde positie. Daardoor schuift de binnenste vezel door de buitenste, vergelijkbaar met het uitschuiven van een telescoop. De motor kan in beide richtingen bewegen.

Het ontwerp komt uit het Soft Transducers Laboratory van EPFL, onder leiding van Herbert Shea. Hetzelfde laboratorium presenteerde in 2023 al een pomp in vezelvorm, die in textiel kan worden verwerkt. Met de FiberMotor voegen de onderzoekers daar een elektrische aandrijving aan toe. Het onderzoek is gepubliceerd in Advanced Materials.

Slag bepaald door vezellengte

Voor draagbare robotica is het lastig om lineaire bewegingen te realiseren met een compacte, flexibele aandrijving. Conventionele oplossingen hebben vaak aanvullende mechanische componenten nodig om een roterende beweging om te zetten in een duw- of trekbeweging. Kunstmatige spieren kunnen rechtstreeks vervormen, maar hun slag wordt begrensd door de mate waarin het materiaal kan rekken, krimpen of buigen.

Bij de FiberMotor wordt het bewegingsbereik bepaald door de lengte van de vezels. Tandwielen en een mechanische transmissie ontbreken. Ook kan een externe kracht de vezels ten opzichte van elkaar verschuiven. Dit is relevant voor systemen die met het lichaam meebewegen: wanneer de gebruiker tegen de aangedreven richting in beweegt, kunnen de vezels meegeven.

Bundelen voor meer kracht

In laboratoriumproeven kon één FiberMotor een statische last dragen die overeenkomt met ongeveer 75 gram. Vier gebundelde motoren tilden een chocoladereep van 46 gram op. De onderzoekers demonstreerden daarnaast de aandrijving van een robotvinger via een trekpees en verwerkten de motor in een prototype kledingstuk rond een knie.

Het idee is om meerdere dunne aandrijvingen over textiel te verdelen. Mogelijke toepassingen zijn zachte exosuits voor bewegingsondersteuning, lichte prothesen en draagbare systemen die voelbare feedback geven in virtual reality.

Start-up

De onderzoekers werken nog aan hogere prestaties en een langere levensduur, onder meer met aangepaste elektroden en materialen. Ook willen zij terugkoppeling over de houding en bewegingen van de gebruiker integreren. Eerste auteur Sylvain Schaller heeft de start-up Elecsyor opgericht om de technologie te commercialiseren.