Bløde robotter reparerer sig selv
Det er de færreste der tager en tur til lægen, hvis man har skåret sig i fingeren, fået et blåt mærke eller forstrukket en muskel. Vi venter i stedet på at kroppen selv heler og restituerer sig, alt mens vi fortsætter med at gå på arbejde.
Det er nogenlunde det samme scenarie som et hold internationale robotforskere arbejder med i et nyt fælles europæisk projekt Self-Healing Soft Robotics(SHERO), der udvikler bløde robotter, der reparerer sig selv uden menneskelig indblanding.
Det skal på sigt sænke udgifterne til vedligehold og reducere antallet af arbejdsulykker med robotter.
Projektet, der indtil videre består af forskere fra Vrije Universiteit Brussel, University of Cambridge, École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la ville de Paris (ESPCI-Paris), Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa), og den hollandske polymerproducent SupraPolix, har netop fået 22 millioner kroner i støtte fra EU-Kommissionen over de næste tre år.
Indtil videre er det lykkedes forskerne at anvende et selvhelende polymer i tre forskellige robotapplikationer, en meget simpel aktuator, en griber, og en hånd. De kan alle tre forbinde ødelagte strukturer i polymer-materialet på bare 40 minutter.
»Over de seneste år har vi allerede taget de første skridt mod at udvikle selvhelende materialer til robotter. Vi vil gerne fortsætte arbejdet med at gøre gøre mere sikre, men også bæredygtige. På grund af den selvreparerende mekanik i den her nye type robotter, bliver komplekse og omkostningstunge reparationer noget der hører fortiden til,« siger Bram Vanderborght, professor og leder af Shero-projektet i en pressemeddelelse.
De belgiske robotforskere har udviklet to typer robotapplikationer der kan reparere sig selv. En hvor robottens helingsproces bliver styret af varme, hvilket giver forskerne en vis kontrol over processen, fordi det er rummets temperatur der afgør hvornår en helingsproces starter.
Det kan være en fordel hvis robotten arbejder i beskidte miljøer, og man gerne vil være sikker på at robotten bliver vasket og rengjort inden den heler sig selv, og dermed ikke optager skidt og støv. Den anden proces foregår helt autonomt ved stuetemperatur og går i gang uden menneskelig indblanding.
Fra sekunder til en uge
Lidt ligesom med menneskekroppen, er det omfanget af skaden, der afgør, hvor lang tid det tager for robotten at reparere sig selv. I den temperatur-styrede heling, kan forskerne skrue op og ned for processen, mens den foregår noget langsommere, når den sker automatisk uden menneskelig indblanding. I følge Bram Vanderborght er helingseffektiviteten efter tre dage på 62 procent, 91 procent efter syv dage og 97 procent efter 14 dage.
En lille ridse i overfladen kan hele på få sekunder, men bliver en aktuator skåret midt over, kan det tage op til en uge før den er fuldt funktionel igen. D
Selvhelende polymer
Robotforskerne tager udgangspunkt i eksisterende materialeforskning, der bruger såkaldt supramolekylær polymer. Konkret bruger robotprojektet polymer fremstillet af den hollandske polymerproducent Suprapolix, der har udviklet en polymer, som fremstilles ved hjælp af en særlig hydrogenbinding, der giver stærke interaktioner mellem polymerkæderne. Den fremgangsmåde kalder Suprapolix for SupraB-hydrogenbinding.
Det næste skridt bliver at være i stand til at indlejre sensorer i polymer-materialet, så man kan overvåge, hvornår der sker skader, og sikre sig, at robotten reparerer sig selv. Robotprojektets store opgave bliver at kombinere den selvhelende polymer med bevægelig aktuatorer og sensorer, og ikke bare som en coating henover robotten.
»Til at starte med vil vi indlejre vores bløde piezo-sensor i den selvhelende polymer for løbende at kunne overvåge belastningen og detektere det område hvor den selvhelende proces er aktiveret,« siger Frank Clemens, gruppeleder på Laboratory for High Performance Ceramics, Empa, der også deltager i projektet.
Lige nu arbejder forskerne blandt andet med at udvikle pneumatiske gribere der kan flytte frugt og grønt. Det er emner der i dag er svære at håndtere, fordi de nemt bliver ødelagte af de mere konventionelle gribere, fremstillet i hård polymer.
Bløde robotter tåler hårde miljøer
Robotter i industrien er dag et dyrt indkøb, og kræver ofte også afspærring og nye sikkerhedsprocedurer, så medarbejdere ikke kommer til skade på robotterne. Ved at udvikle bløde robotter, der kan tåle hårde miljøer, håber forskerne at deres bløde robotter på sigt på bliver et attraktivt alternativt materialevalg til fremtidens robotter.
Ifølge Bram Vanderborght, fra universitetet i Bruxelles er produktionsomkostningerne ved de nye polymer-materialer stadig højere end de konventionelle hårde plasttyper, men det skyldes blandt andet, at man endnu ikke har etableret en funktionel masseproduktion. Samtidig er ambitionen at robotkomponenterne ikke skal udskiftes så ofte og at prisen derfor godt må være højere på grund af en længere livscyklus.
