211service.com
Wandklimrobot
Onderzoekers hebben een robot gemaakt die met een snelheid van zes centimeter per seconde tegen een muur zo glad als glas en op het plafond kan rennen. De robot gebruikt momenteel een droge elastomeerlijm, maar de onderzoeksgroep test een nieuwe gekko-achtige, ultrakleverige vezel op zijn voeten die hem tot vijf keer plakkeriger zou moeten maken.
De muren beklimmen: Terwijl de motor van de robot draait, drukt zijn staart tegen het oppervlak en draaien zijn driehoekige poten naar voren (a). Wanneer de voorpoten in contact komen met het oppervlak, drukt het motorkoppel dat wordt veroorzaakt door het contact van de staart met het oppervlak, de voorpoten tegen het oppervlak terwijl de achterpoten worden weggetrokken (b). Wanneer de kracht die op de achterste voet inwerkt een kritiek punt bereikt, pelt deze weg van het oppervlak en stapt de robot naar voren (c).
Het is niet de eerste robot die vezelachtige droge lijmen gebruikt om aan oppervlakken te plakken, zegt Metin Sitti , een assistent-professor werktuigbouwkunde, die het onderzoek leidde aan het Robotics Institute aan de Carnegie Mellon University (CMU), in Pittsburgh. Maar deze robot zou een veel grotere kleefkracht moeten blijken te hebben, dankzij vezels die twee keer zo klevend zijn als die van gekko's.
Dergelijke robots kunnen onder andere worden gebruikt om de rompen van ruimtevaartuigen te inspecteren op schade, waarbij hun plakkerigheid ervoor zorgt dat ze vast blijven zitten.
Naast zijn plakkerige voeten, gebruikt de robot twee driehoekige wielachtige poten, elk met drie voetzolen, en een staart om hem in staat te stellen met aanzienlijke behendigheid te bewegen in vergelijking met andere robots, zegt Sitti. Het kan niet alleen zeer scherp draaien, maar dankzij het nieuwe ontwerp kan het met groot gemak van vloer naar muur en van muur naar plafond worden verplaatst.
multimedia
Bekijk de muurklimrobot
Het is zeer compact en heeft een grote wendbaarheid, zegt Mark Cutkosky , hoogleraar werktuigbouwkunde en mededirecteur van het Center for Design Research aan de Stanford University in Californië. Het is een praktische oplossing voor klimmen.
Gekko's kunnen zich aan oppervlakken hechten dankzij zeer fijne haarachtige structuren op hun voeten, setae genaamd. Deze schuine vezels splitsen zich in nog fijnere vezels naar hun uiteinden toe, waardoor de voet van de gekko een spatelachtig uiterlijk krijgt. Deze eindvezels hebben ongelooflijk zwakke intermoleculaire krachten te danken aan hun hechting: de aantrekkende krachten werken tussen de vezelpunten en het oppervlak waaraan ze kleven. Individueel zijn de krachten verwaarloosbaar, maar omdat de setae zulke hoge contactvlakken met oppervlakken vormen, lopen de krachten op.
In de afgelopen jaren hebben een aantal onderzoeksgroepen vezelstructuren gefabriceerd die zijn ontworpen om setae na te bootsen. Maar de groep van Sitti heeft geprobeerd het ontwerp van de gekko te verbeteren. Met behulp van microfabricagetechnieken creëerden Sitti en zijn collega's vezels met een diameter van slechts vier micrometer - twee ordes van grootte kleiner dan die in andere robots. Dit maatverschil maakt een groot verschil, zegt Sitti. Dit komt omdat het verkleinen van de vezels hun oppervlaktecontact verhoogt en dus de hechting verbetert.
Met behulp van de commerciële elastomeerlijmen kan de robot al veel behendiger klimmen dan welke andere robot dan ook. Maar de vezels moeten het de robot mogelijk maken om zelfs ruwe oppervlakken te beklimmen, zegt Sitti. De onderzoekers hebben ze echter nog maar net in de robot geïntegreerd, maar dit moeten ze nog aantonen.
Een van de uitdagingen om een robot aan muren te laten kleven, is het vinden van een manier om voldoende druk uit te oefenen om ze te laten kleven. De nieuwe CMU-robot doet dit met een staart. Op elk moment zijn ten minste twee van de zes voetzolen in contact met het oppervlak, net als de staart, die veerbelast is, zodat deze altijd tegen het oppervlak zal duwen, zelfs wanneer deze zich aan het plafond bevindt.
Bij het ontwikkelen van deze materialen moeten de onderzoekers echter nog een aantal problemen oplossen, zegt André Geim , een professor in de fysica van de gecondenseerde materie aan de Universiteit van Manchester, in het Verenigd Koninkrijk, die ook setae-achtige structuren heeft gefabriceerd. Niemand heeft tot nu toe uitgelegd waarom gekko's eerst op een onverharde weg kunnen rennen om stof op te zuigen en dan op de een of andere manier tegen muren kunnen opklimmen, zegt hij. Dit is een groot obstakel.
Cutkosky is het ermee eens dat er meer onderzoek moet worden gedaan naar het zelfreinigende vermogen van gekko's. De wereld is vuil en robots kunnen niet om de paar meter stoppen om hun voeten te wassen, zegt hij.