Regelmatig krijg ik de vraag of robots de wereld gaan overheersen. Waarschijnlijk gaan we ze in de toekomst even alomtegenwoordig vinden als computers nu en dit in een heel breed spectrum van toepassingen. Maar dat robots ons doelbewust gaan overheersen, daar geloof ik niet in. Integendeel, het multidisciplinaire VUB-onderzoeksconsortium Brubotics heeft als visie dat de complementaire sterktes van “mens” die flexibel, creatief en handig is en “machine”, die nooit moe wordt en geen problemen heeft met heel repetitief werk, gecombineerd worden en met elkaar moeten samenwerken en elkaar versterken. Denk aan zorgrobots die verpleegkundigen moeten helpen om de verouderende bevolking te helpen verzorgen, “cobots” (collaboratieve robots) en exoskeletons (draagbare robotpakken) die arbeiders in fabrieken gaan bijstaan om gezonder en beter te kunnen werken. In zo een nauwe samenwerking tussen mens en machine is veiligheid het allerbelangrijkste. Daarom hebben deze nieuwe generatie robots soepele gewrichten, geïnspireerd op het elastisch gedrag van spieren om zachthandig met mensen om te springen. Wij hebben in ons lichaam ook heel wat zachte weefsels en ook robots worden ermee uitgerust. In dit nieuw onderzoeksdomein van de “soft robots” worden zelfs volledige robots gemaakt uit soepele materialen, geïnspireerd door dieren als inktvissen. Onze knuffelrobot Probo is bijvoorbeeld gemaakt van soepele materialen, we willen immers dat die robot heel zacht en knuffelbaar is voor kinderen. De Festo bionische robotarm, geïnspireerd op de slurf van een olifant, is zacht om heel veilig met mensen te kunnen werken. Verder kunnen robots ook heel klein gemaakt worden, om veilig in ons lichaam operaties uit te voeren.

Het nadeel van dergelijke materialen is dat ze kwetsbaar zijn, ze kunnen bijvoorbeeld door scherpe voorwerpen beschadigd worden. Mensen en dieren hebben daar iets fantastisch op gevonden: we zijn in staat om ons eigen lichaam te herstellen, wonden en breuken te genezen. En dat is natuurlijk heel interessant: stel je voor dat een robot zich ook zou kunnen herstellen.

” Robots van zacht materiaal zijn in opmars, maar het nadeel is dat ze kwetsbaar zijn. Net zoals wij genezen, zouden robots zichzelf kunnen leren herstellen.“

Zelfherstellende materialen zijn geen science fiction meer. Alhoewel ze nog vooral in onderzoekslaboratoria te vinden zijn, zijn er al enkele commerciële toepassingen. Zo zijn er screen protectors voor smartphones die, wanneer er krassen op komen, de krassen meteen herstellen. Als ik mijn smartphone laat vallen en het scherm zit vol met barsten, is het nog niet te herstellen, hoewel er ook onderzoek gebeurt om ook dat probleem op te lossen. Verder zijn er ook voertuigen in ontwikkeling met een coating of verf die krassen automatisch herstelt. Tot slot zijn er ook wegen met capsules in het asfalt. Als er een breuk in het wegdek komt, breken die capsules open waardoor er een chemische stof vrijkomt die de barst in het wegdek terug gaan dichten. Deze materialen zijn echter niet geschikt voor de robotica.

Daarom gaan we op zoek naar specifieke polymeren of plastieken. Een polymeer is een lineaire macromolecule: dat is een samengesteld deeltje waar al de moleculen achter elkaar liggen als een spagettisliert. Om de polymeer speciale eigenschappen te geven, worden er verbindingen aangebracht tussen de spaghettieslierten (polymeerketens) zodat er een soort net bekomen wordt; een polymeernetwerk. Het nadeel is dat we hierdoor de polymeren niet meer kunnen smelten door ze op te warmen, en als het polymeer stukgaat, kan je het enkel met lijm terug plakken. De materiaalkundigen van de VUB o.l.v. Prof Van Assche, brengen in de netwerkpolymeren verbindingen aan die omkeerbaar zijn, zogenaamde diels-alderverbindingen.

Als we in dat materiaal snijden, gaan we het materiaal breken op die zwakkere reversibele bindingen.  Gaan we die twee oppervlakken nu terug aan elkaar zetten, dan kunnen die bindingen terug in elkaar klikken. Het materiaal herstelt zich. Om volledig te herstellen moeten we het materiaal opwarmen om de polymeren mobieler te maken zodat ze de snede kunnen overbruggen. Belangrijk om te begrijpen is dat we het materiaal niet hersmelten, want dat gaat niet met een netwerkpolymeer. Bovendien zou het robotonderdeel dan ook als een pudding in mekaar zakken.

Met dit zelfherstellend materiaal hebben we verschillende robot-onderdelen geproduceerd in een Europees ERC project. We hebben bijvoorbeeld een pneumatische spier gemaakt. Een pneumatische spier is een soort blaasbalg, als je er lucht onder druk in plaatst, gaat die spier samentrekken en grote krachten uitoefenen, wat te vergelijken is met de menselijke spier. Als we daar nu een mes kunnen insteken, kan de spier zichzelf herstellen. Dat duurt wel enkele uren, maar onze wondjes zijn ook niet direct genezen.

” Door miljoenen jaren evolutie is ons lichaam geëvolueerd tot een indrukwekkende machine waar we inspiratie uit putten om betere robots te bouwen. In een multidisciplinair team van robotici en materiaalkundigen werken we er op de VUB hard aan zodat robots zichzelf leren herstellen. “

Met dit materiaal hebben we ook robothanden en grijpers gemaakt. Een nadeel van metalen handen is dat het oprapen van fragiele zaken, zoals bijvoorbeeld fruit en groenten, niet evident is. Bovendien hebben groenten ook steeds andere vormen. Het voordeel van de soepele handen en grijpers is dat ze zich automatisch aanpassen aan die verschillende groottes en vormen. Ook onze handen zijn soepel en passen zich automatisch aan.

Deze robotonderdelen kunnen we ook met een mes kapot maken of door teveel druk kan het materiaal barsten, maar door de zelfherstellende eigenschap herstelt de robot terug. Belangrijk is dat de beide kanten van de snede in elkaars buurt komen, wat meestal eenvoudig lukt door de lucht onder druk weg te nemen en de robothanden te ontspannen. In tegenstelling tot het menselijk lichaam kunnen we geen materiaal laten bijgroeien, wordt er dus materiaal weggesneden, is het hand niet meer te herstellen. Voordeel van het materiaal is wel dat we het volledig kunnen recycleren.

Door miljoenen jaren evolutie is ons lichaam geëvolueerd tot een indrukwekkende machine, waar wij als robot-bouwers enkel van kunnen dromen, en gebruiken ter inspiratie om betere robots te bouwen. In een multidisciplinair team van robotici en materiaalkundigen werken we er op de VUB hard aan zodat robots zichzelf leren herstellen. Dit gaat toelaten dat onze robots lichter zullen zijn. Ze moeten immers niet ontworpen worden om uitzonderlijke krachten aan te kunnen, want komt er toch uitzonderlijk een te hoge belasting waardoor er een onderdeel breekt, kan het zich erna terug herstellen. Dit zal er ook voor zorgen dat er meer duurzamere robots ontworpen worden, want een kapotte robot is vaak te duur om weg te gooien en complex om door mensen te laten herstellen.