De toekomst van robotica: zachte materialen zorgen voor een revolutie in de technologie!

De toekomst van robotica: zachte materialen zorgen voor een revolutie in de technologie!

Robottechnologie heeft zich de afgelopen decennia snel ontwikkeld. Er ontstaat een innovatieve trend die een revolutie teweegbrengt in het gebruik van zachte materialen in de robotica. In plaats van staal en aluminium vertrouwen moderne zachte robots op visco-elastische polymeren, die zowel elastische als stroperige eigenschappen hebben. Deze materialen reageren anders op kracht, waarbij het mechanische gedrag afhankelijk is van de duur en snelheid van de belasting, bijvoorbeeld Universiteit van Stuttgart communiceert.

Visco-elastische polymeren openen nieuwe ontwerpmogelijkheden voor robots door ze flexibeler en aanpasbaarder te maken. Bij snelle belasting vertonen ze elastisch gedrag, terwijl ze bij langzamere bewegingen stroperiger eigenschappen ontwikkelen. De ontwikkeling van deze materialen brengt de noodzaak met zich mee om structurele ontwerpen op millimeterschaal te maken. Onderzoekers moeten ook de grens begrijpen tussen visco-elastische vervorming en mechanische instabiliteit om doelbewust ontworpen structuren te realiseren die bekend staan ​​als mechanische metamaterialen.

De zachte revolutie

De ontwikkeling van zachte robots maakt deel uit van een grotere ‘zachte revolutie’ die zowel robotica als elektronica beïnvloedt. Deze nieuwe technologie zou beslissende voordelen kunnen bieden bij de interactie tussen mens en computer, omdat robots die afhankelijk zijn van zachte materialen beter kunnen communiceren met hun omgeving en mensen. Vooral het gebruik van materialen zoals hydrogels, die water binden in polymeernetwerken, is veelbelovend. Ze bieden eigenschappen die uit de natuur bekend zijn, zoals de zachtheid van hersenweefsel of de taaiheid van pezen, meldt Johannes Kepler Universiteit.

Onderzoekers zoals Christoph Keplinger van de JKU werken aan spiermimetische actuatoren en hebben vooruitgang geboekt op het gebied van zelfherstellende mechanismen. Deze technologieën maken de ontwikkeling mogelijk van een kunsthuid uitgerust met sensoren voor haptiek, temperatuur en vochtigheid.

Zachte materialen in de context van de biogeneeskunde

Het potentieel van zachte materialen strekt zich ook uit tot de biogeneeskunde. Ze zouden een sleutelrol kunnen spelen in de ontwikkeling van kunstmatige ledematen en organen door mechanische ondersteuning te bieden en nieuwe diagnostische apparaten mogelijk te maken. Het gebruik van biomimetische, op hydrogel gebaseerde elektronica en robotsystemen zou het risico op letsel dramatisch kunnen verminderen, vooral in rampsituaties.

De European Research Council heeft al 1,5 miljoen euro geïnvesteerd in onderzoek over deze onderwerpen. De ontwikkelingen gaan snel en de 21e eeuw zou zo de geschiedenis in kunnen gaan als het tijdperk van de zachte materie Tijdschrift van de Universiteit van Mainz bepaalt.

Academische opleiding op het gebied van zachte materialen

Om deze trend te ondersteunen werd het internationale masterprogramma “Soft Matter and Materials” gelanceerd aan de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz en de Technische Universiteit van Darmstadt. Het programma startte in het wintersemester van 2023/2024 en volgt een interdisciplinaire aanpak die scheikunde, natuurkunde, materiaalkunde en wiskunde integreert. Hoogleraren als Regine von Klitzing en Sebastian Seiffert leiden het programma, dat volledig in het Engels wordt gegeven om internationale studenten aan te spreken.

Deze cursus zou niet alleen kunnen bijdragen aan de opleiding van nieuwe wetenschappers en ingenieurs, maar ook de samenwerking kunnen bevorderen met de industrie in het Rijn-Maingebied, die actief betrokken is bij onderzoek op het gebied van zachte materialen. Dit legt de basis voor innovatieve oplossingen die zowel technologische als sociale uitdagingen kunnen overwinnen.