De octopushandschoen is ontwikkeld – wissenschaft.de
Het is een bekend feit dat een octopus alles wat in het water uit onze handen glipt gemakkelijk kan grijpen. Om de mogelijkheden van exotische waterdieren op mensen over te dragen, hebben onderzoekers nu een biologisch geïnspireerde handschoen ontwikkeld. Ze zijn uitgerust met zuignappen waarvan de capaciteit automatisch wordt geregeld door een sensorsysteem. Tests tonen aan dat natte voorwerpen veilig en voorzichtig kunnen worden vastgehouden met “Octa-glove”. De ontwikkelaars zeggen dat dit concept veel toepassingsmogelijkheden heeft.
Mensen zijn aardse wezens, dus om te acclimatiseren aan de onderwaterwereld moeten we onszelf uitrusten met technologie: duikflessen laten ons ademen, neopreen pakken houden ons warm en brillen laten ons zien. Om een andere kwetsbaarheid onder water te compenseren, zijn er nog nauwelijks effectieve oplossingen: onze handen hebben meestal moeite om natte voorwerpen vast te pakken. Deze vaardigheid is echter vereist: reddingsduikers, onderwaterarcheologen en vele andere “aquatische ambachtslieden” hebben te maken met gladde voorwerpen of levende wezens. Om het stevig vast te houden, moet de houddruk vaak aanzienlijk worden verhoogd. Maar gevoelige voorwerpen of levende wezens kunnen natuurlijk beschadigd raken.
Acht rolmodellen aan de horizon
Daarom heeft het onderzoeksteam onder leiding van Michael Bartlett van Virginia Tech in Blacksburg zich toegewijd aan het ontwikkelen van een concept waarmee mensen gevoeliger kunnen zijn in het water. Zoals vaak het geval is in de technologie, hebben wetenschappers zich laten inspireren door de natuur. Concreet lag de focus op de meesters van het grijpen in het koninkrijk Poseidon: octopussen. Het is bekend dat de basiselementen van hun capaciteiten zuignappen zijn, die onder controle staan van het ontwikkelde spier- en zenuwstelsel. Nadat de brede buitenrand van de zuignap het oppervlak raakt, activeert dit de spieren in het concave gebied achter de rand. Op deze manier kunnen de zuignappen met houdkracht voor onderdruk zorgen. “Wat interessant is, is dat octopussen hun vele zuignappen besturen door informatie van verschillende sensoren te verwerken. Dus de octopus combineert zuigtechnologie met sensoren en bedieningselementen om onderwaterobjecten te manipuleren”, zegt Bartlett.
Om van het model een handschoenconcept te maken, ontwierpen de onderzoekers eerst een robuust systeem voor zuignappen: flexibele rubberen handgrepen met zachte membranen die pneumatisch geactiveerd kunnen worden. De ontwikkelaars kwamen heel dicht bij de octopus-versie: het concept van plakken kan worden geassocieerd met platte en gebogen oppervlakken. Na de ontwikkeling van dit kleefsysteem gingen de wetenschappers de uitdaging aan om de handschoen gevoeligheid te geven. Om dit te doen, rustten ze het uit met een reeks zogenaamde kleine LIDAR-nabijheidssensoren. Deze optische sensoren kunnen detecteren hoe dichtbij een object is.
Kunstmatige zuignap en zenuwstelsel
De zuignappen en LIDAR werden vervolgens via een microcontroller met elkaar verbonden om de detectie van objecten te koppelen aan de activering van de zuignappen, waarbij het zenuw- en spierstelsel van de inktvis wordt nagebootst. Vervolgens combineerden de wetenschappers alle elementen in een handschoen van neopreen. Op elke vinger van deze “achthandschoen” zit een sensorzuignap. “Beweeg gewoon je hand naar een object en de handschoen neemt automatisch het grijpen over: de elektronica kan de zuignap snel activeren en loslaten. Hierdoor kun je natte of ondergedompelde objecten vastpakken zonder ze te verpletteren. En dat allemaal zonder dat de gebruiker druk op een enkele knop”, legt Bartlett uit.
De onderzoekers konden dit vermogen op hun concept demonstreren in een reeks tests: de handschoen kan voorzichtig worden gebruikt om objecten met veel verschillende eigenschappen op te tillen of vast te pakken. Het is niet nodig om het vast te houden: kleine voorwerpen kunnen met slechts één vinger met de zuignap worden opgepakt – dan worden meer eenheden gebruikt voor grotere voorwerpen. “Deze vaardigheden bootsen de complexe manipulatie-, cognitie- en controlemogelijkheden van koppotigen na”, zegt co-auteur Ravi Totika van Virginia Tech. De wetenschappers benadrukken echter dat er meer ontwikkelingswerk nodig is om dichter dan ooit bij de zeer complexe prestaties van natuurlijke modellen te komen. “Onze aanpak is zeker een stap in de goede richting, maar we moeten nog veel leren over inktvis voordat we de volledige mogelijkheden van de natuur bereiken”, zei Totika.
Volgens wetenschappers is er echter al een interessant potentieel van de technologie aan het ontstaan: een octopushandschoen kan “ambachtslieden” in het water helpen om gevoeliger te zijn, hun werk te vergemakkelijken en gevoelige objecten of levende wezens te beschermen tijdens het hanteren. Er kunnen ook potentiële toepassingen zijn in robotica: wetenschappers zeggen dat technische systemen – bijvoorbeeld in de gezondheidszorg of in de productie – het concept van een octopus zouden kunnen gebruiken om meer grip te krijgen op natte objecten.
Bron: Virginia Tech, technisch artikel: Wetenschapsvooruitgang, doi: 10.1126/sciadv.abq1905
Video © Virginia Tech
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”