Licht vervangt elektriciteit als energiebron voor robots

Hoe gaan robots de wereld veranderen? Een veelgestelde en nog onbeantwoorde vraag. We hebben immers geen glazen bol. Wat we wel weten is dat digitalisering en automatisering de wereld de afgelopen decennia enorm veranderd hebben. Op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) wordt dagelijks onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van slimme machines in de industrie en het dagelijks leven. Wetenschappers duiken in de technologie en studententeams gaan aan de slag met concrete oplossingen voor maatschappelijke problemen. In deze reeks lees je over de nieuwste robots, hun achtergrond en hun toekomstbeeld. Vandaag de eerste aflevering: lichtgestuurde robots.

Onderzoekers aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) werken aan een robot die beweegt door er licht op te schijnen. Zo kan de robot een klein pakketje oppakken en dat ergens anders afleveren. De lichtgestuurde robot is gemaakt van speciaal plastic, vloeibare kristallijne polymeren die op licht reageren. Hierdoor zijn er geen kabels, computers of batterijen meer nodig.

“We rangschikken de moleculen in het plastic op een bepaalde manier en voegen er lichtgevoelige moleculen aan toe”, legt Marina Pilz da Cunha uit. Zij is promovenda bij de onderzoekgroep ‘Stimuli-responsive functional materials and devices’ aan de faculteit scheikunde bij de TU/e onder leiding van Albert Schenning. “De lichtgevoelige moleculen absorberen bepaald licht, bijvoorbeeld UV- of blauw licht. Dat zetten ze om in warmte. Omdat de moleculen opwarmen, maken ze afstotende en aantrekkende bewegingen. Zodoende kan het plastic bewegen.” Door het gebruik van verschillende lichtgevoelige moleculen en verschillende soorten licht, kan de robot verschillende bewegingen maken. “Om je arm te bewegen gebruik je als mens ook meerdere spieren. Dat geldt ook voor de robot.”

Pakketbezorger

In plaats van elektriciteit gebruikt de robot licht als energiebron. Het is een relatief nieuw onderzoeksgebied. “We verkennen het materiaal en maken prototypen om te kijken wat er allemaal mogelijk is”, vertelt Pilz da Cunha. Begin dit jaar slaagden de onderzoekers erin een kleine ‘pakketbezorger’ te maken op basis van deze technologie. “Dat was de eerste met licht aangedreven robot met een meerzijdige motoriek en de vaardigheid om meerdere taken uit te voeren. De robot kan bijvoorbeeld lopen en pakketjes ophalen en afleveren”, vertelt ze. Na verdere ontwikkeling kan deze robot wellicht worden toegepast in bijvoorbeeld de industrie. “De robot zou in de toekomst onderdelen in machines kunnen vervangen waar mensenhanden niet bij kunnen.”

Inmiddels is er ook een prototype van de robot die onder water werkt. “Dat was een hele uitdaging. Onder water warmden de moleculen niet genoeg op waardoor de robot niet genoeg bewoog. Daarom hebben we nu een robot ontwikkeld die alleen op basis van licht beweegt en geen warmte meer nodig heeft”, legt de promovenda uit. Deze robot kan bijvoorbeeld in de toekomst door bloedbanen zwemmen om medicijnen te bezorgen. “Dat is een van de vele mogelijke toepassingen”, zegt ze.

Water schoonmaken

De onderzoekers hebben bijvoorbeeld ook een prototype ontwikkelt van een lichtgestuurde robot die oliedruppels in het water kan aantrekken en vastpakken. “Een grote aaneengeschakelde ketting van deze robotjes kan er bijvoorbeeld aan bijdragen om water te zuiveren. Maar daarvoor is nog veel verder onderzoek nodig.” Bij de ontwikkeling van de robots probeert Pilz da Cunha inspiratie te halen uit de natuur. Zo is deze olie vangende robot gebaseerd op een koraalpoliep, een klein diertje met tentakels waaruit koraal bestaat. De diertjes kunnen met hun tentakels een waterstroming creëren. De robot draait wordt waardoor er ook stroming ontstaat en het oliedruppels naar zich toetrekt. Daarna grijpt het een druppel olie vast met een soort armpjes.

Samenwerking krachtig middel

Wereldwijd wordt er onderzoek gedaan naar deze kleine, plastic robots. “Dat is ook nodig om de technologie uiteindelijk echt in te zetten voor maatschappelijke toepassingen”, vertelt Pilz da Cunha. Ze is trots hieraan bij te dragen. “Wat onze universiteit en onze onderzoeksgroep bijzonder maakt, is de samenwerking en de aanpak”, stelt ze. “De slogan van de groep is: van molecuul tot apparaat. We kijken dus naar verschillende aspecten én de uiteindelijke toepassingen. Hierin hebben verschillende faculteiten een aandeel. Dat maakt ons onderzoek zo krachtig. Een goede samenwerking tussen verschillende vakgebieden is heel belangrijk om een robot te maken.”

Creativiteit

De zogenoemde zachte robots zijn volgens promovenda Marina Pilz da Cunha de toekomst. “Er is alleen licht nodig om de robots aan te sturen. Dat biedt mogelijkheden voor toepassingen waar robots met kabels en computers aan boord minder geschikt zijn.” Waarvoor de robots allemaal gebruikt kunnen worden? Dat is nog lastig te zeggen. “We staan nu aan het begin van de ontwikkeling. Maar als je bedenkt dat een robot kan lopen of zwemmen zonder kabels of computers, kun je je creativiteit de vrije loop laten”, zegt ze.

Als Pilz da Cunha mag dromen, dan ontwikkelt ze in de toekomst nog veel meer materialen gebaseerd op de natuur. “Nu zijn polymeren materialen statisch, ze doen gewoon waarvoor wij ze hebben ontwikkeld. Maar wat als een trui zich automatisch aanpast aan de weersomstandigheden? Dan hoef je nooit meer snel een jas aan of uit te doen als het weer verandert. Ik vind het gaaf om materialen te ontwikkelingen die impact hebben op ons toekomstige leven.”