ENGINEERINGNET.BE - Natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam en de Universiteit van Chicago hebben een reeks 'vreemde' objecten, elk een type actief metamateriaal, ontwikkeld die opmerkelijk goed zijn in het bewegen over elk terrein dat ze tegenkomen.
Elk object is gemaakt van dezelfde gemotoriseerde bouwstenen, die krachten op elkaar kunnen uitoefenen en waarnemen. Wat deze objecten ‘vreemd’ maakt, is de oneven of asymmetrische manier waarop ze op elkaar reageren: bouwsteen A reageert anders op zijn aangrenzende bouwsteen B, dan hoe B op A reageert.
Een wormachtige ‘vreemde ketting’ van gekoppelde bouwstenen kan bijvoorbeeld door een bochtige tunnel en over oneffen grond kronkelen. Maak van de ketting een ‘vreemd wiel’ en dat wiel zal zichzelf stuiterend vooruit rollen.
De vreemde objecten voeren al hun bewegingen autonoom uit, zonder sturing of controle door een centrale verwerkingseenheid. De beweging komt voort uit de ongebruikelijke interacties tussen de gemotoriseerde bouwstenen van de objecten.
Promovendus Jonas Veenstra: "De bouwstenen oefenen krachten uit die niet-symmetrisch en niet-reciprook zijn. Gezamenlijk vormen deze energieverbruikende bouwstenen, samengebonden met elastiek, een 'actieve' vaste stof die zich op een asymmetrische en tegenintuïtieve manier vervormt: wanneer een dergelijk materiaal wordt ingedrukt, ondergaat het een schuifvervorming, maar wanneer je het materiaal schuift, zet het uit."
In tegenstelling tot gewone elastische materialen, die als een kracht wordt uitgeoefend in dezelfde richting samendrukken, en uitdijen in de haakse richting, rekken de vreemde objecten altijd diagonaal uit in een vaste hoek. Deze abnormale reactie werd onlangs geformuleerd en ‘vreemde elasticiteit’ genoemd.
Er ontstaat een cyclus waarbij het terrein het object vervormt, wat de bouwstenen van het object waarnemen en waar ze ‘vreemd’ op reageren, waardoor het object verder vervormt zodat het vooruit beweegt en nieuw terrein tegenkomt.
Tegelijk is hun voortbeweging betrouwbaar en robuust dankzij hun gedecentraliseerde aard en doordat de objecten actief hun omgeving waarnemen en erop reageren.
Veenstra: “We werken er al aan om onze huidige 2D ontwerpen te generaliseren naar 3D structuren van verschillende groottes die in andere omgevingen kunnen worden gebruikt.”
De nieuwe ontwerpen maken actieve vaste stoffen functioneel, wat een paradigmaverschuiving in robot-beweging mogelijk maakt.
