De ‘origami-robot' - Vouwtje, bedankt (video)

Een team ingenieurs van Harvard (Wyss Institute for Biologically Inspired Engeneering en School of Engineering and Applied Sciences) en MIT heeft een robot ontwikkeld die in vier minuten zichzelf in elkaar vouwt uit een ‘velletje' materiaal en vervolgens wegloopt. De ‘origami-robot' laat zien dat het mogelijk is snel en goedkoop een geavanceerde machine te bouwen die in belangrijke mate zichzelf automatisch assembleert.

Het idee is onder andere geïnspireerd op voorbeelden van zelfassemblage uit de natuur, zoals de manier waarop lineaire ketens van aminozuren zich tot complexe proteïnen vouwen met geavanceerde functies. Daarmee laat men niet alleen een nieuwe techniek zien om robots te bouwen, het potentieel is veel groter. Denk aan een verzameling ‘velletjes' die de ruimte in wordt gestuurd en zich daar ontpopt tot een reeks satellieten die vervolgens data kunnen verzamelen of beelden kunnen maken.

Het team heeft in de laatste jaren al de nodige ‘producten' tot stand gebracht, waaronder een geprinte robotrups die wel nodige hulp nodig had bij het vouwen en een zichzelf vouwende lamp die je dan wel nog zelf aan moest doen. De ‘origami'-robot is de eerste die zichzelf vouwt en een functie vervult zonder menselijk ingrijpen. Om de robot te bouwen heeft het team een ‘solid ink'-printer een lasermachine en hun handen gebruikt. Na ongeveer 40 prototypes is de uiteindelijke vorm ontstaan die gebaseerd op de origami-papiervouwkunst in ongeveer twee uur kan worden geassembleerd.

‘Kinderspel'

De robot is een compleet elektromechanisch systeem. Het uitgangspunt is een vlakke composietplaat die bestaat uit vijf lagen. De middelste laag is koper dat in een patroon is geëtst om de elrkricitiet te kunnen geleiden, dat aan weerszijden tussen een vel papier ligt. De twee buitenste vellen zijn ‘Shrinky Dinks' - vellen polystyreen krimpfolie die in de VS als kinderspeelgoed op de markt worden gebracht en fungeren als vormgeheugenpolymeer die opvouwen als ze worden verhit.

Op de plaat worden twee motoren, twee baterijen en een microcontroller aangebracht. Dat is nu met de hand gebeurd, maar kan ook door een ‘pick&place'-robot worden gedaan.  De motoren drijven elk twee poten aan en worden gesynchroniseerd door de microcontroller. Elke poot heeft acht mechanische ‘koppelingen' en de dynamiek van de koppelingen zet de kracht die de motoren uitoefenen om in beweging.

Ook bevat de plaat verschillende scharnieren die zijn geprogrammeerd om zichzelf in een bepaalde hoek te vouwen. Elk scharnier bevat ingebedde circuits die op commando van de microcontroller warmte genereren. De warmteontwikkeling leidt ertoe dat het materiaal zichtzelf vouwt in een reeks van opeenvolgende stappen. Zijn de scharnieren na vier minuten afgekoeld en is het polystyreen uitgehard zodat de robot stijf is, dan wordt door de microcontroller het commando gegeven dat de robot kan beginnen met kruipen met een snelheid van ongeveer 0,16 km/u.

AA-batterij

Het hele proces kost net zoveel energie als er in een AA-alkalinebatterij zit. Het was nog een behoorlijke uitdaging om te voortkomen dat de robot in brand vloog voordat het vouwproces was afgerond, omdat de stroom die er loopt enkele malen groter is dan de stroom door een normale gloeilamp gaat. De huidige robot maakt gebruik van een timer die ongeveer 10 s nadat de batterijen zijn geïnstalleerd met vouwen begint. Volgens de bedenkers kan dit eenvoudig worden aangepast zodat bijvoorbeeld druk of temperatuur als startcommando kunnen fungeren.

http://wyss.harvard.edu/

http://seas.harvard.edu/

Self-Folding Robots from Wyss Institute on Vimeo.