Amerikaanse zwaardschede inspireert robotgravertje (video)

Een groep onderzoekers in de VS heeft een gravende robot ontwikkeld die zijn graafmethode heeft afgekeken van een klein weekdiertje - de Amerikaanse zwaardschede. De robot - die luistert naar de naam RoboClam kan zich heel efficiënt ingraven door de omringende grond van vast in vloeibaar te veranderen. Die eigenschap kan onder andere van pas komen bij het ankeren van onderwaterrobots, onder water kabelleggen en het neutraliseren van mijnen.

De Amerikaanse zwaardschede, Ensis Directus, is te vinden aan de Noord-Amerikaanse kust en kan veel sneller en dieper een tunnel in nat zand graven dan een mens. Volgens de onderzoekers van het MIT zou het weekdier zich eigenlijk maar 2 cm moeten kunnen ingraven op basis van de kracht van 10 N die het beestje kan uitoefenen. In werkelijkheid gaat de Amerikaans zwaardschede 70 cm de bodem in. Dit doet het dier door de schelpen te openen en te sluiten en zo de omringende grond in beweging te brengen en in een vloeistof te veranderen. Hierdoor vermindert de weerstand en dat maakt het voor de zwaardschede veel eenvoudiger om zich in de grond in te graven.

‘Genetisch algoritme'

De onderzoekers hebben het klepmechanisme van de zwaardschede nageboost door een besturingsplatform te ontwikkelen voor de robot op basis van twee pneumatische zuigers die een 9 cm lange effector bewegen die de schelpen van de zwaardschede nadoen. De RoboClam wordt bestuurd met een ‘genetisch algoritme' dat voortdurend een aantal variabelen registreert en vervolgens configureert terwijl de robot aan de gang is. Het idee is dat gewenste eigenschappen - in dat geval de graafgedragingen - voortdurend worden weergegeven door elke configuratieontwikkeling en zo de RoboClam steeds verder laten evolueren, zoals elk organisme doet, tot een geoptimaliseerde ‘graafmachine'.

Lineair verband

In hun studie hebben de onderzoekers meer dan 300 tests met de RoboClam uitgevoerd in zijn ‘natuurlijke habitat' aan de kust van Gloucester in de Amerikaanse staat Massachusetts. De resultaten laten zien dat de RoboClam in staat is de grond in dezelfde te

mate te fluïdiseren als zijn natuurlijke evenknie en zich bijna net zo efficiënt weet in te graven. Hoofdauteur professor Amos Winter, van het Department of Mechanical Engineering: "We hebben laten zien dat de robot in staat is zich met dezelfde relatie tussen energie en diepte in te graven als het dier. Bewegen door statische grond vergt een graafenergie die evenredig is met het kwadraat van de diepte. Door de grond te fluïdiseren en de wrijving te verminderen kunnen zowel de RoboClam als de zwaardschede zich ingraven met een energie die zich lineair verhoudt tot de diepte.

Er zijn veel applicaties denkbaar waarbij een klein, lichtgewicht, laagvermogen omkeerbaar anker waardevol zou kunnen zijn. We werken op dit moment samen met onderwaterrobotbedrijf, Bluefin Robotics, die robots maken die staionair moeten blijven in een stroming en daarom profijt kunnen hebben van een klein anker.

De eerste resultaten van de robot zijn gepubliceerd in Bioinspiration & Biomimetics van IOP Publishing. Het volledige artikel is hier gratis te downloaden