ENGINEERINGNET.BE - Als centimeterslange waterwormen, zoals T. tubifex of Lumbriculus variegatus, in een petrischaal met zanddeeltjes van minder dan een millimeter grootte worden geplaatst, gebeurt er iets verrassends.
Na verloop van tijd beginnen de wormen spontaan hun omgeving op te ruimen. Ze vegen de deeltjes samen tot compacte clusters, waardoor ze hun omgeving geleidelijk opnieuw vormgeven en ordenen.
Een internationaal onderzoeksteam heeft nu aangetoond dat dit opmerkelijke bezemgedrag voortkomt uit de natuurlijke golvende beweging en de flexibiliteit van de wormen.
Door eenvoudige robot- en computermodellen te bouwen die de levende wormen nabootsen, ontdekten de onderzoekers dat activiteit en flexibiliteit al voldoende zijn om de opruim- en verzameleffecten te reproduceren. Het resultaat is een zelforganiserende, dynamische vorm van herstructurering van de omgeving.
Rosa Sinaasappel voerde de robotexperimenten aan de Universiteit van Amsterdam uit. “Door de beweging van de wormen na te bootsen met simpele, hersenloze robots die met elkaar verbonden waren door flexibele rubberen schakels, konden we deze twee essentiële ingrediënten voor het veegmechanisme identificeren.”
Dit kan inspiratie bieden voor het ontwerp van zachte robots die materialen reinigen of sorteren, zonder sensoren of voorgeprogrammeerde intelligentie. Zulke robots zouden, net als de wormen, simpelweg bewegen en de orde laten ontstaan uit de beweging.
Dergelijke ‘hersenloze’ machines zouden wellicht ooit behulpzaam kunnen zijn bij het verwijderen van microplastics of sedimenten uit watermilieus, of complexe taken kunnen uitvoeren in onvoorspelbaar terrein.
In het project werkten experimentatoren en theoretici zij aan zij, waardoor het team de fysische principes achter dit ogenschijnlijk doelgerichte gedrag kon ontrafelen. K. R. Prathyusha van Georgia Tech voerde de computersimulaties van het gedrag uit.
“Ons computermodel laat zien dat dit principe op verschillende schalen werkt en kan worden aangepast voor nieuwe ontwerpen, zoals gedemonstreerd door een zachte robotveger die autonoom deeltjes opruimt en herschikt zonder geprogrammeerde intelligentie.”
De onderzoekers zullen dit soort gedrag in de toekomst verder onderzoeken. Hoewel er vanuit dit onderzoek nu een eenvoudig wiskundig model van het actieve vegen is gemaakt, blijven er voor theoretici nog veel vragen onbeantwoord over dit complexe systeem.
Een derde partner in dit onderzoek is de Tech Sorbonne Université/CNRS.
