De toekomst van robotica: flexibel, zacht, natuurlijk

Wanneer je aan robots denkt, stel je je waarschijnlijk metalen, mechanische systemen voor die via een centraal punt worden aangestuurd. Hoewel veel robots vandaag de dag inderdaad aan dit beeld voldoen, openen zachte robotica nieuwe deuren. Met flexibele materialen kunnen systemen natuurlijker en verfijnder bewegen: ideaal voor toepassingen in de medische sector. Dat is precies waar Bas Overvelde zich op richt met zijn onderzoek. Hij is wetenschappelijk groepsleider van de Soft Robotic Matter Group van AMOLF, en tevens universitair hoofddocent aan de Technische Universiteit Eindhoven. Op 28 januari spreekt Overvelde tijdens het 3D Medical Event van IO+.

Wat is dat nou precies, zachte robotica?

“We onderzoeken hoe we robots kunnen maken van flexibele materialen. In plaats van de traditionele mechanische robots met metalen scharnieren, richt dit onderzoek zich bijvoorbeeld op siliconenrubbers, om daarmee robotische systemen te maken die je kunt opblazen als een ballon. Vervolgens kunnen we specifieke gedragingen inbouwen, zodat de robots kunnen buigen, strekken en andere bewegingen maken, afhankelijk van het ontwerp. Zo kun je bijvoorbeeld een zachte grijper maken die een beetje lijkt op de arm van een octopus.”

Dus: zachte robots lijken meer op organismen?

“In zekere zin wel, ja. Neem humanoïde robots. Deze worden nu nog vaak centraal aangestuurd door kunstmatige intelligentie. Dit is echter heel anders dan hoe wij, mensen, bewegen. Wij lopen bijvoorbeeld grotendeels onbewust. Pas wanneer we een richting kiezen of een trap op willen lopen, denken we daar bewust over na. Zodra we in beweging zijn, gebeurt de rest vaak automatisch, dankzij reflexen en ingebouwde bewegingen in ons lichaam. In plaats van te vertrouwen op een centraal brein, onderzoek ik samen met mijn team hoe we het gedrag van de robot in kunnen bouwen in het lichaam zelf.

Deze principes komen ook voor in planten. Neem de Venusvliegenvanger, een plant die vliegen vangt. Wanneer de plant iets aanraakt, triggert dit een signaal, zonder dat er een centraal brein aan te pas komt.” 

Kun je een voorbeeld geven van hoe zachte robotica wordt toegepast in de medische sector?

“Momenteel werk ik onder andere samen met chirurgen en biomedische wetenschappers aan een groot project. We ontwikkelen een kunsthart voor patiënten met extreme hartfalen binnen het consortium Holland Hybrid Heart. Daarvoor hebben we als consortium vorig jaar financiering ontvangen van €11 miljoen. Mijn team richt zich met name op de zachte robotica en de regeling van het kunsthart, zodat het op een natuurlijke manier klopt. Wij willen het kunsthart zo natuurgetrouw mogelijk laten functioneren, met een ritmische hartslag in plaats van een constante doorstroom van bloed, zoals dat het geval is bij sommige andere systemen.

Het hart is een mooi voorbeeld van een systeem dat niet volledig centraal wordt aangestuurd. Je kunt je ademhaling actief regelen, maar je hartslag wordt beïnvloed door hormonen en andere processen. Er zit dus veel 'slimmigheid' ingebouwd in je hart en lichaam. Vergelijkbare eigenschappen proberen wij ook terug te laten komen in ons ontwerp, om bijvoorbeeld de druk in beide kamers van het hart vanzelf te laten balanceren. We hebben al prototypes gemaakt die het concept demonstreren, maar het is natuurlijk een langdurig proces om dit beschikbaar te maken als alternatief voor natuurlijke harttransplantatie.”  

Laura De Laporte ontwikkelt georiënteerde hydrogels voor ruggenmergherstel

Het onderzoek van Laura De Laporte richt zich op ruggenmerghydrogels. Ze is een van Europa's meest gerenommeerde experts op het gebied van biofabricage en is een van de sprekers op ons 3D Medical Event.

Read More

Tegen welke uitdagingen loop je aan bij dit project?

“Een van de grootste uitdagingen is het ontwikkelen van een systeem dat langdurig kan functioneren. De uitdaging is om een hart te maken dat minimaal 30 miljoen slagen per jaar kan maken zonder defecten. De eerste prototypes richten zich op 5 tot 10 miljoen slagen. Om deze uitdaging aan te gaan, richten we ons op het vereenvoudigen van het ontwerp. Hoe eenvoudiger het systeem, hoe minder kans op fouten of defecten.”

Welke boodschap wil je overbrengen tijdens het 3D Medical Event?

“Ik wil benadrukken hoe waardevol zachte materialen en systemen zijn, met name in de medische sector. In plaats van te vertrouwen op complexe elektronica en computersturing, kunnen slimme ontwerpprincipes de interactie met het menselijk lichaam flink verbeteren én kosten reduceren. In mijn presentatie ga ik onder meer in op het kunsthart en de mogelijkheid om elektronische kleppen te vervangen door zachte, 3D-geprinte materialen.”