Robots die zichzelf kunnen herstellen

Het robotatelier op de VUB-campus in Etterbeek is een bijzondere plek. Wat lijkt op een veredeld knutselhok is eigenlijk de geboorteplek van de allernieuwste robots. Bij het binnenkomen word ik aangekeken door een familie van robots – de ene al wat meer afgewerkt dan de andere. Ik herken Probo, de sympathieke knuffelrobot die zieke kinderen bezoekt en troost. De tafels in het atelier liggen vol met onafgewerkte robots en werktuigen die ik niet kan thuisbrengen. Geen vierkante centimeter is nog vrij. In een hoek achterin proberen vier studenten een robot langs een touw omhoog te laten klimmen. Halverwege geeft hij het op. Verdomme. Terug naar de montagetafel.

Zelfhelend

In dit lab ontwikkelt Seppe Terryn robots uit zachte materialen die vanzelf herstellen. ‘Vergelijk het gerust met onze huid. Als we ons kwetsen met een scherp mes, starten in ons lichaam meteen allerlei processen om de wonde te herstellen. Het bloed in de wonde stolt, het immuunsysteem wapent zich tegen infecties en nieuwe huidcellen doen de wonde dichtgroeien. Zelfhelende materialen doen iets soortgelijks. Als ze beschadigd raken, herstellen ze zich onder invloed van lucht, licht of warmte tot ze hun oorspronkelijke staat hebben bereikt. Zelfhelende materialen worden nu al gebruikt in coatings van bepaalde (dure) wagens die krassen automatisch wegwerken.’

Terryn maakte met zo’n zelfhelend materiaal een zachte robothand die broos fruit kan inpakken. ‘Het materiaal waaruit de grijphand is gemaakt, moet zacht zijn opdat de vruchten niet beschadigd raken’, zegt Terryn. ‘Dat maakt de hand zelf wel gevoeliger voor verwondingen. En dan is het wel handig wanneer de robot zichzelf herstelt, en dus niet naar een technicus of het containerpark moet.’

Het onderzoek van Terryn verscheen in augustus in het gerenommeerde vaktijdschrift Science Robotics. De zelfhelende robot kreeg vervolgens aandacht in de internationale pers. Terryn werd geïnterviewd door BBC Radio en ook Time Magazine kwam de robothand bekijken.

Het is dan ook niet min wat Terryn en zijn collega’s presteerden. Zelfhelende materialen zijn op zich niet nieuw. Wel innovatief is dat die materialen nu toepassing vinden in het domein van de soft robotics, waar robots gemaakt zijn van soepele materialen, vergelijkbaar met weefsels in levende organismen. Terryn slaat een brug tussen twee veelbelovende vakgebieden in materiaal- en werktuigkunde. Daarmee opent hij een compleet nieuw onderzoeksgebied.

Oplappen na de werkuren

Het materiaal waaruit de grijphand bestaat, is een rubberachtig polymeer, een soort plastic. Er zit dus geen bloed in, en ook geen systeem om nieuwe cellen te bouwen. Hoe herstelt de grijphand zichzelf dan? ‘Het polymeer is op microscopisch niveau een spinnenweb. Als de robot zichzelf snijdt, breekt het web. We kunnen het herstellen door het polymeer op te warmen tot 80 graden Celsius. Bij die temperatuur komt het spinnenweb helemaal los, waardoor de snee zich vult. Wanneer het materiaal terug afkoelt, vormt het spinnenweb zich opnieuw en is de kwetsuur verdwenen. Na veertig minuten is de breuk gedicht en na een nachtje rusten is de robot zo goed als nieuw.’

De robot kan een stevige schram zelf genezen. Maar een gapende wonde is andere koek. ‘Zelfhelende materialen kunnen geen nieuw materiaal laten groeien, zoals ons lichaam dat wel kan. Grote gaten of volledig afgesneden stukken herstellen niet. Anderzijds is de wonde van een robot al na 24 uur onzichtbaar genezen, wat veel sneller is dan in ons lichaam.’

Met zijn onderzoek zet Terryn een eerste stap naar het ontwikkelen van robots van vlees en bloed. ‘Het einddoel is een robot bouwen die via sensoren en software pijn of schade aanvoelt en die vervolgens zelf herstelt. Een erg slim exemplaar zal dan zelf oordelen of het nodig is om de schade meteen of pas na zijn werkuren te herstellen. Zo kan hij vertragingen vermijden.’

Terryn verwacht al over enkele jaren zachte robots met zelfhelende eigenschappen in de zorgsector te zien. ‘Maar de ontwikkeling zal ook afhangen van het enthousiasme bij geldschieters. We willen op Europees niveau samenwerken met andere robotici en materiaalwetenschappers. Zo kunnen we sneller vooruit.’

Seppe Terryn

Seppe Terryn (1991) rondde in 2014 een master af in Applied Sciences and Engineering aan de Vrije Universiteit Brussel. Tegenwoordig werkt hij aan een doctoraat, waarin hij onderzoek doet naar zelfhelende materialen voor robots. Over zijn werkende demonstraties van onder meer een zelfherstellende grijper en een pneumatische spier verscheen vorig jaar een publicatie in Science Robotics.