Met de ontwikkeling van zachte, flexibele sensoren van keramiek en kunststof helpen Zwitserse materiaalwetenschappers robots een stuk gevoeliger en dus veiliger te maken.
Het Zwitserse Empa-lab voor hoogwaardige keramiek ontwikkelt elektrisch geleidende keramiek-kunststofsensoren die druk, temperatuur en deformatie ‘voelen’. Keramiek, eigenlijk een verzameling aan elkaar gebakken deeltjes, is natuurlijk keihard. Maar ingesloten in rekbare kunststof heeft keramiek van kaliumniobaat-, zinkoxide- en koolstofdeeltjes een buigzaamheid die in porselein ver te zoeken is.
Wanneer de met keramiek gevulde kunststof wordt opgerekt, samengedrukt of blootgesteld aan temperatuurschommelingen, verandert de afstand tussen de keramische deeltjes, wat leidt tot een wijziging in de elektrische geleiding. Deze verandering in geleiding wordt vervolgens omgezet in een elektrisch signaal dat informatie geeft over de mechanische belasting of temperatuur.
Robothuid
De Zwitserse materiaalwetenschappers ontdekten dat hun keramiek-kunststofsensoren in menselijke prothesen via die signalen vingerbuiging of hete oppervlakken ‘voelen’. Om te bepalen wat de sensoren precies detecteerden, koppelden de wetenschappers een AI-model aan een keramiek-kunststoffen ‘robothuid’. Vervolgens trainden ze dit model met sensormetingen, iets wat volgens de Zwitsers doet denken aan menselijke waarneming via zenuwimpulsen. Ook stopten de wetenschappers de keramiek-kunststofsensoren in kunstmatige spieren voor een Japans-Zwitserse bio-hybride robot, die daarmee zijn eigen spiercontractie kon detecteren.
Kunstmens
Hedendaagse robots zijn volgens Empa-materiaalwetenschapper Frank Clemens nog ‘groot, lomp en erg sterk’ – en dus gevaarlijk. Als we in de toekomst onze werkplek meer met deze ‘kunstmensen’ gaan delen, dan moeten ze volgens Clemens snel kunnen reageren en gevoelig zijn voor aanraking. ‘Als mensen per ongeluk een ander aanraken, doen we automatisch een stapje terug’, zegt Clemens. ‘We willen robots diezelfde reflex geven.’
Met nieuwe combinaties van keramische materialen en zachte kunststof willen de Zwitserse onderzoekers hun sensoren nog gevoeliger en intelligenter maken. Daarvoor willen ze samenwerken met makers van robotgrijpers. Ook de medische sector is zeer geïnteresseerd in de sensoren.
Met dank aan De Ingenieur