De zeekat, een zeedier dat ook leeft bij de Nederlandse kust, kan ertoe bijdragen dat robots straks heel voorzichtig kwetsbare objecten kunnen oppakken. Bijvoorbeeld organen of weefsel tijdens een operatie door een robot. Of bij het plukken van zacht, kwetsbaar fruit als bessen en aardbeien.
Het is de opdracht waar Guillermo Amador van Wageningen University & Research (WUR) de komende jaren mee aan de slag gaat: uitzoeken in hoeverre de behendige armen van de zeekat als voorbeeld kunnen dienen voor soft robotica. Amador kreeg een van de zeven Vidi-beurzen die wetenschapsfinancier NWO uitreikte aan de WUR. De onderzoeker (assistent-professor) van Experimentele Zoölogie kan met de financiële steun drie onderzoekers inzetten voor zijn project.
Hoe komt iemand bij dit niet zo bekende zeedier uit als onderwerp van studie? “Het komt door de samenwerking tussen de vier technische universiteiten in Nederland op het gebied van soft robotica”, vertelt de wetenschapper. “Daarbij ligt de focus op niet-traditionele, niet-gevaarlijke robottechnieken voor agrarische en medische toepassingen. Dan gaat het om delicate objecten. Gewone robots hebben het nadeel dat hun grijpers te hard en scherp zijn voor zachte voorwerpen of oppervlakken.”
Concrete toepassingen
Waar concreet aan te denken? “Denk aan apparatuur om voorzichtig organen en weefsels beet te kunnen pakken”, legt Amador uit. “Dat kan erg van pas komen bij operaties. Het plukken of oppakken van zacht fruit is heel uitdagend. Denk maar aan aardbeien en bessen, die snel kapot gaan bij het plukken.”
Door zijn link met de onderzoeksgroep in Wageningen stuitte Amador op de zeekat als interessant studieobject. “We waren op zoek naar dieren om van te leren. De zeekat is familie van de inktvis. Hij is wel wat kleiner van grootte. En, net als de inktvis, mist de zeekat een geraamte en bestaat het vooral uit zacht weefsel. Dat maakt het geschikt om als voorbeeld te dienen voor toepassingen in de soft robotica. Zeker interessant, als je weet dat er niet zoveel studie naar is verricht, in vergelijking met bijvoorbeeld de octopus.”
De zeekat is een mooi, veelkleurig zeedier. Hij kan goed zien, is intelligent en kan al naar gelang de omstandigheden, van kleur veranderen. Voor de mechanisch ingenieur gaat het vooral om de twee speciale vangarmen van het beest, naast de acht gewone armen.
Zuignappen
Die vangarmen kunnen razendsnel bewegen. In een fractie van een seconde slaan die hun slag, om bijvoorbeeld een garnaal te vangen. Je kunt het vergelijken met de bekende tong van een kameleon, die in een flits zo een vlieg kan vangen. De flitsend bewegende vangarm kan een prooidier heel voorzichting vastpakken. Daarvoor gebruikt de zeekat zuignappen, die op de knots aan het uiteinde van elke vangarm zitten.
Van huis uit is Amador mechanisch ingenieur, met belangstelling voor biologie. Het werken met dieren om delicate robottechnieken te ontwikkelen, is dan een logisch resultaat. “Hoe dieren bewegen, omgaan met hun omgeving, iets kunnen grijpen. Door naar de natuur te kijken denken we geschikte technieken te vinden die we kunnen gebruiken voor soft robotica.”
Nederlandse kust
Het onderzoeksproject gaat met twee soorten van het weekdier werken. Eentje komt voor in de Noordzee voor de Nederlandse en Belgische kust en in de Oosterschelde. De andere is de tropische variant.
Amador: “Kreeftenvissers kunnen vrij gemakkelijk eieren van de zeekat verzamelen. Die laten we vervolgens uitkomen in onze aquaria. Een zeekat in gevangenschapschap houden is niet gemakkelijk. Maar de WUR heeft er goede faciliteiten voor.”
Drie kandidaat-promovendi gaan elk met een van de aspecten van het project aan de slag. De eerste gaat zich focussen op hoe de dieren jagen. Dat gebeurt met behulp van hogesnelheidscamera’s, om goed in beeld te krijgen hoe het weekdier zich gedraagt.
Prototype
“Die heb je nodig om hun snelle bewegingen in kaart te brengen. Om precies te zijn: de snelheid en de versnelling. De camera’s kunnen honderden tot duizenden frames per seconde vastleggen. Dan gaat het dus om die twee vlugge tentakels waarmee ze prooien vangen goed in beeld te brengen. Hoe gebruikt het zijn tentakels en zuignappen, welke krachten hebben die?”
De tweede promovendus houdt zich bezig met de weefsels in de tentakel en de zuignap, om die na te kunnen bootsen. “Hoe gebruiken ze hun spieren of hoe werken hun weefsel en het collageen, dat voor structuur, stevigheid en elasticiteit van de huid zorgt?”
In de derde plaats wordt een driedimensionaal digitaal model ontwikkeld. Dat computermodel moet de bewegingen van de armen en zuignappen simuleren. Van de vangarm wordt zowel een digital twin als een fysiek model gemaakt. Voor dat laatste worden zuignappen nagemaakt van zacht kunststof met behulp van een 3D-printer, of door ze in een vorm te gieten. Een volgende stap is toepassing in de soft robotica. Amador wil zo zachte grijpers ontwikkelen voor medische toepassingen en fruitvriendelijke handschoenen voor plukrobots.
“Het project duurt vijf jaar,” vervolgt Amador. “Als we nog eens vijf jaar verder zijn, dan zou er een prototype moeten zijn ontwikkeld.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
