CLARI: binnenkort op een krappe plek bij jou in de buurt!

De kleine, kneedbare robot die passief van vorm kan veranderen om door smalle openingen te kunnen kruipen – met een beetje inspiratie uit de wereld van insecten. CLARI, wat staat voor Compliant Legged Articulated Robotic Insect, is ontwikkeld door een team van ingenieurs aan de Universiteit van Colorado Boulder. Deze robot kan op een geheel nieuwe manier hulp bieden aan hulpverleners na grote rampen. Enkele van deze robots passen gemakkelijk in de palm van je hand en wegen minder dan een pingpongbal. CLARI kan van vorm veranderen: van vierkant naar lang en slank wanneer de omgeving krap wordt, aldus Heiko Kabutz, een doctoraatsstudent aan de Paul M. Rady-afdeling voor werktuigbouwkunde. Kabutz en zijn collega’s introduceerden de miniatuurrobot in een onderzoek dat op 30 augustus werd gepubliceerd in het tijdschrift “Advanced Intelligent Systems”.

Op dit moment heeft CLARI vier poten. Maar het ontwerp van de machine stelt ingenieurs in staat om de ledematen te mixen en matchen, wat kan leiden tot wilde en kronkelende robots. “Het heeft een modulair ontwerp, wat betekent dat het heel gemakkelijk aanpasbaar is en dat er meer poten kunnen worden toegevoegd”, aldus Kabutz. “Uiteindelijk willen we een achtpotige, spinachtige robot bouwen die over een web kan lopen.” CLARI bevindt zich nog in de beginfase, voegde Kaushik Jayaram, medeauteur van het onderzoek en universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan CU Boulder, toe.

De robot is bijvoorbeeld verbonden met draden die hem van stroom voorzien en basiscommando’s sturen. Maar hij hoopt dat deze kleine machines op een dag zelfstandig kunnen kruipen naar ruimtes waar nog geen enkele robot eerder is geweest – zoals de binnenkant van straalmotoren of het puin van ingestorte gebouwen. “De meeste robots zien er tegenwoordig allemaal hetzelfde uit”, zei Jayaram. 

“Waarom zouden ze allemaal hetzelfde moeten zijn? Dieren komen in allerlei vormen en maten.”

Kaushik Jayaram, hoofddocent werktuigbouwkunde CU Boulder

Geïnspireerd door een kakkerlak

Jayaram is geen onbekende in robots die de veelzijdigheid van de dierenwereld weerspiegelen. Als doctoraatsstudent aan de Universiteit van Californië, Berkeley, ontwierp hij een robot die door smalle ruimtes kon kruipen door zich samen te persen tot ongeveer de helft van zijn hoogte – net zoals kakkerlakken zich door scheuren in een muur wurmen. Maar die machine, zei hij, vertegenwoordigde slechts het topje van de ijsberg wat betreft de flexibiliteit van dieren. “We konden door verticale openingen kruipen”, zei hij. “Maar dat deed me nadenken: dat is één manier om samen te persen. Wat zijn de andere manieren?” En daar komt CLARI, gemaakt om door horizontale openingen te kruipen, in beeld. In zijn meest basale vorm heeft de robot de vorm van een vierkant met één poot langs elke zijde. Afhankelijk van hoe je CLARI samenperst, kan het echter breder worden, zoals een krab, of meer langwerpig, zoals Jayaram’s oude favoriet, de kakkerlak. In totaal kan de robot van ongeveer 34 millimeter (1,3 inch) breed in zijn vierkante vorm veranderen naar ongeveer 21 millimeter (0,8 inch) breed in zijn langwerpige vorm.

In tegenstelling tot de eerdere gemechaniseerde kakkerlak van Jayaram, functioneert elk van de poten van CLARI bijna als een onafhankelijke robot – met zijn eigen printplaat en dubbele actuatoren die de poot naar voren en naar achteren en zijwaarts bewegen, vergelijkbaar met een menselijk heupgewricht. Theoretisch gezien zou die modulariteit CLARI-robots in staat kunnen stellen om een grote verscheidenheid aan vormen aan te nemen. “Wat we willen zijn veelzijdige robots die van vorm kunnen veranderen en zich kunnen aanpassen aan de omgevingsomstandigheden”, zei Jayaram.

“In de dierenwereld zou dat iets kunnen zijn zoals een amoebe, die geen duidelijk gedefinieerde vorm heeft maar kan veranderen afhankelijk van of het snel moet bewegen of voedsel moet opnemen.”

Kaushik Jayaram, hoofddocent werktuigbouwkunde CU Boulder

Webkruiper

Hij en Kabutz zien hun huidige ontwerp als de eerste in een reeks CLARI-robots die ze kleiner en behendiger hopen te maken. In toekomstige iteraties willen de onderzoekers sensoren in CLARI opnemen, zodat het obstakels kan detecteren en erop kan reageren. De groep onderzoekt ook hoe ze de robot de juiste mix van flexibiliteit en kracht kunnen geven, aldus Kabutz – een taak die alleen maar moeilijker wordt naarmate het team meer poten toevoegt. Uiteindelijk wil het team vormveranderende robots ontwikkelen die niet alleen door een laboratoriumomgeving bewegen, maar ook door complexe, natuurlijke ruimtes – waarin de machines tegen obstakels zoals bomen of zelfs grassprieten kunnen botsen of door scheuren tussen rotsen kunnen duwen en doorgaan. “Als we proberen een insect te vangen, kunnen ze verdwijnen in een opening”, zei Kabutz. “Maar als we robots hebben met de mogelijkheden van een spin of een vlieg, kunnen we camera’s of sensoren toevoegen, en nu kunnen we ruimtes gaan verkennen waar we eerder niet in konden komen.”

Bronmateriaal: Colorado.edu