Zijn volgende robot heeft een pneumatische slurf




„Toen ik hiermee begon, werkte in Delft nog niemand echt aan zachte robots”, zegt Rob Scharff (1990). Een onderzoek van Disney naar het gebruik van luchtkamers om animatiebewegingen te meten, wekte Scharffs interesse. Hij zocht een afstudeeronderzoek voor zijn master Integrated Product Design. Dat zou uiteindelijk gaan over hoe het opblazen van een luchtkamer in een rubberachtige robothand ook meteen voor de gewenste beweging van die hand kon zorgen.

CV Van Delft naar Pisa

Rob Scharff (1990) studeerde industrieel ontwerp aan de TU in Delft. Hij promoveerde vorige week eveneens in Delft, op de proprioceptie van een robothand van zacht materiaal. Inmiddels werkt hij als postdoctoraal onderzoeker bij het Istituto Italiano di Tecnologia in Pontedera, bij Pisa, waar hij onderzoek doet naar bio-geïnspireerde zachte robotica.
Hij ontwikkelde zijn robothand verder, en bedacht een meetmethode om te achterhalen waar de vingers van de flexibele hand zich precies bevinden. Afgelopen maandag promoveerde hij daarop in Delft. In een videogesprek vanuit zijn appartement in het Italiaanse Pisa, waar hij sinds januari vlakbij als postdoc werkt, vertelt Scharff over de opkomst van zachte robotica.„De meeste robots bewegen met gewrichten. Van een gewricht kun je eenvoudig de rotatie meten, en daarmee de positie van de ledematen. Bij een zachte robot kan dat niet, hij is gemaakt van flexibel materiaal en kan op alle mogelijke plekken vervormen. Voor zachte robots moeten een heleboel basisdingen nog uitgezocht worden. Ik heb geluk met dit vakgebied, er is zoveel nieuw waar je echt iets aan kunt bijdragen.”Waarin zijn zachte robots beter dan harde robots?„Harde robots zijn goed in taken waarvoor je kracht, precisie of snelheid nodig hebt, zoals het fabriceren van auto’s. Maar nu willen we robots niet meer alleen op afstand zien werken, we willen ze meer tussen ons in hebben en in een complexe omgeving. Daar loop je tegen de beperkingen van harde robots aan, die kunnen zich niet goed aanpassen.Het plukken van een appel is een ogenschijnlijk simpele taak„Dieren en planten zijn daar wel goed in, die leven in complexe omgevingen. Voor zachte robotica wordt daarom veel gekeken naar de natuur. Het is een multidisciplinair onderzoeksveld: biologie, materiaalkunde, mechanica, computerwetenschappen. Het onderzoek naar zachte robots begon zo’n beetje in 2008, toen werden er enkele onderzoeken per jaar gepubliceerd. In 2020 verschenen meer dan duizend papers, in heel uiteenlopende tijdschriften.”Jouw onderzoek gaat over een zachte robot die fruit plukt.„Het plukken van een appel is een ogenschijnlijk simpele taak. Als wij dat zelf doen zoeken we de appel, we pakken hem beet, voelen waar het steeltje zit en draaien hem rond om hem te plukken. Als je dat met een harde robot wil doen, heb je heel veel sensoren, scharniertjes en motortjes nodig – ontzettend complex.„We vroegen ons af of een gedeelte van die complexiteit kon worden uitbesteed aan het lichaam van een zachte robot. In plaats van dat robotvingers met scharnieren naar elkaar toe bewegen en steeds meten of ze de appel al beet hebben, blaas je ze op en door de zachte materialen passen ze zich automatisch aan de vorm van de appel aan.In een zachte robot wil je in de vorm meteen heel veel functionaliteit integreren„Over het vastpakken hoeft de robothand dan niet meer ‘na te denken’. Maar over de stap daarna wel: het vinden van het steeltje en het draaien van de appel. Misschien moet de hand wel iets anders gepositioneerd zijn om hem goed te kunnen plukken. Wil je dat aansturen, dan moet je allereerst weten waar de vingers zich precies bevinden – proprioceptie heet dat in jargon. Daar bestond nog geen meetmethode voor.„Appels plukken is interessant voor de land- en tuinbouw. Maar de oplossingen die we bedachten voor het vormen van de robot en proprioceptie, zijn ook in allerlei andere toepassingen te gebruiken.”Scharffs robothand is felblauw en bestaat uit tien luchtkamers. De bovenkant van elke ‘vinger’ heeft een golvende vorm die als een harmonica uitrekt, terwijl de onderkant van de vinger niet rekt. Door dit verschil in rekbaarheid buigt de vinger als er perslucht via de slangetjes op de rug van de hand in de luchtkamers geblazen wordt. Een stukje ‘onderarm’ kan draaien door een balg die als een helix om de onderarm zit. De ‘pols’ kan twee kanten op bewegen door twee balgen die in tegengestelde richting werken.Hoe is de hand gemaakt?„In het begin werden zachte robots vaak gegoten met behulp van een mal, toen werden vaak siliconen gebruikt. Nu worden ze ook veel met een 3D-printer gemaakt, en dan ben je aan materialen gebonden waar een printer goed mee kan omgaan. Mijn robothand is daarom gemaakt van een synthetisch rubber.„Dat er met 3D-printen nu zoveel kan heeft flink bijgedragen aan de opkomst van zachte robotica. In een zachte robot wil je in de vorm meteen heel veel functionaliteit integreren. De vorm van de luchtkamers bepaalt voor een belangrijk deel het gedrag van de robot, hoeveel kracht er in de vingers zit en hoe ze bewegen bijvoorbeeld. Ook print je veel sensoren direct mee.”En hoe meet je waar de vingers zich bevinden?„Met licht. Het leuke van die luchtkamers is dat je uit de vorm aan de binnenkant goed kunt afleiden wat de vervorming aan de buitenkant is. De luchtkamers zijn bovendien helemaal dicht, er komt geen licht van buiten bij. Aan de binnenkant hebben we kleurenpatronen geprint. Met een lampje en een optische sensor kunnen we uit de weerkaatsing van die kleuren meten waar en hoe de luchtkamer vervormt. De kunst is om een kleurpatroon zo aan te brengen dat een bepaalde beweging wordt vertaald in een kleurverandering.”Biologen, ingenieurs en informatici zitten bij de Italiaanse onderzoeksgroep dicht bij elkaarWaar werk je nu aan?„Ik werk nog steeds aan proprioceptie, maar nu in een pneumatische olifantenslurf. De meetmethode met licht aan de binnenkant pas ik hier weer toe. Uiteindelijk is het idee dat algoritmes de slurf aansturen, daar werken we met een hele groep aan. Er moeten nog veel dingen uitgezocht worden. Hoe ga je bijsturen bijvoorbeeld? Corrigeer je met een beetje extra lucht, of heb je nog andere aandrijving erbij nodig? Het meten waar en hoe de slurf vervormt, kan heel erg helpen om het aansturen te ontwikkelen.”Moest je daarvoor naar Italië?„De onderzoeksgroep hier in Pontedera is een van de grootste van Europa die bezig is met zachte robotica. Ze waren er vroeg bij en hebben ook veel Europese onderzoeksprojecten binnengehaald. Het is inspirerend om in zo’n grote groep te werken.„In Nederland is het vakgebied de afgelopen jaren ook gegroeid. Ruim een jaar geleden is bijvoorbeeld Dutch Soft Robotics opgericht, een samenwerkingsverband vanuit de vier Nederlandse technische universiteiten met mensen die hieraan werken. Maar anders dan in Nederland zitten biologen, ingenieurs en informatici bij de Italiaanse onderzoeksgroep dicht bij elkaar. Bij harde robots werkt de één aan hoe de vinger eruitziet, de ander aan de sensoren en een derde maakt de software die zorgt dat vinger en sensoren samenwerken. Bij zachte robots moet alles tegelijk, want alles grijpt in elkaar.”

Written by 

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *