Of het nou om laswerk in de diepzee gaat, het repareren van ruimtestations of een medische ingreep, robotisch aangestuurde armen bieden de mens de helpende hand. Ir. Gorn Christiansson wil deze kunstmatige ledematen gevoeliger maken.
Bemanningsleden van de Russische onderzeeër die twee jaar geleden voor de kust van Kamchatka op 190 meter diepte vast was komen te zitten, mochten van geluk spreken dat de Britse marine goed met robotische armen overweg kon. De Russen waren verstrikt geraakt in de kabels van een kustbeveiligingssysteem. Met een klein onbemand onderzeeërtje met robotisch aangestuurde armen konden de Britten de onderzeeër bevrijden.
Op een beeldscherm zagen de reddingswerkers wat zich onder water afspeelde wanneer ze de armen met de bedieningshandvaten aanstuurden. Maar van het contact dat de grijparmen maakten met de kabels merkten ze niets. “Dat maakt zo’n operatie ontzettend lastig”, zegt onderzoeker ir. Gorn Christiansson van de afdeling biomechanical engineering van werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen. “Het was makkelijker gegaan als de robotische armen de krachten die ze ‘voelen’ terugkoppelen naar de bedieningshandvaten.”
Christiansson onderzoekt dergelijke terugkoppelingssystemen in robotarmen, ook wel haptische systemen genoemd. Zulke systemen zijn handig voor tal van toepassingen. Het European Space Agency (ESA) bijvoorbeeld, werkt aan robotarmen met krachtterugkoppeling die reparaties op ruimtestations kunnen uitvoeren. Met krachtterugkoppeling zouden piloten hun vliegtuig makkelijker kunnen besturen. En bij veel medische ingrepen worden nu al haptische robots ingezet.
Toch staat de techniek hiervoor nog in de kinderschoenen. Christiansson ziet twee grote tekortkomingen aan de huidige armen. “Er zijn tegenwoordig armen die wat gevoel terugkoppelen naar degene achter de joystick, maar die systemen zijn nog zo rudimentair dat de gebruiker het gevoel heeft dat hij met bokshandschoenen een minutieuze operatie moet uitvoeren.”
De tweede tekortkoming is dat robotarmen niet goed overweg kunnen met harde voorwerpen. Grijparmen kunnen met hun klauwen wel kabels of andere objecten omsluiten, maar als ze harde voorwerpen moeten oppakken met hun ‘vingertoppen’, dan gaan ze schokkende bewegingen maken. Het meet- en regelsysteem van de arm kan niet snel genoeg reageren wanneer het in contact komt met een hard voorwerp en slaat op tilt. “Wat je dan krijgt wordt in jargon het hamereffect genoemd. Het doet denken aan een specht die tegen een boom aan tikt.”
Menselijker
Tijdens zijn promotie onderzocht Christiansson hoe deze twee problemen te verhelpen zijn. De conclusie van het onderzoek waar hij deze week op promoveert: “De haptische armen moeten menselijker worden.” Daar bedoelt de onderzoeker niet mee dat er vijf vleeskleurige vingers aan de uiteindes moeten komen. “De klauwen moeten net als een menselijke hand kunnen inveren als ze in iets hards knijpen.”
Christiansson liet vijftig proefpersonen geblinddoekt tests doen met een starre robotarm en met een ‘zachte arm’, een arm waarvan de klauw was voorzien van een veringssysteem. Het blijkt dat mensen met de zachte arm makkelijker harde voorwerpen kunnen oppakken en de vorm van de objecten kunnen waarnemen. Maar zware objecten kunnen ze met die arm, die door de vering ook slapper is, niet optillen. “Bij het kiezen van de arm moet je dus een afweging maken”, zegt Christiansson. “Of je gebruikt een harde arm die goed met zware en zachte objecten om kan gaan, of je gebruikt een zachte arm waarmee je beter lichtere en harde objecten kunt manipuleren.”
Toch is het volgens Christiansson ook mogelijk een arm te maken met de karakteristieken van zowel een harde als een zachte arm. Kunstspieren moeten dit volgens hem mogelijk maken. De robotarm zou daarmee net als bij de mensen in de stevigheid kunnen variëren.
Onderzoekers dr.ir. Martijn Wisse en dr.ir. Just Herder, beiden ook werkzaam bij de afdeling biomechanical engineering, gaan zich de komende jaren storten op robotarmen met kunstspieren. Die spieren bestaan uit elastische siliconenslangetjes met een soort netkousen eromheen. Door lucht in de slangetjes te pompen of juist weg te laten lopen, vervormen de slangetjes. “We proberen deze spieren door een elektromotor aan te laten sturen”, zegt Herder. Uiteindelijk willen ze een robotarm creëren die met behulp van sensoren zelf bepaalt met wat voor soort object hij in aanraking is en daar automatisch op reageert door zijn spieren aan te spannen of te verslappen.
Bemanningsleden van de Russische onderzeeër die twee jaar geleden voor de kust van Kamchatka op 190 meter diepte vast was komen te zitten, mochten van geluk spreken dat de Britse marine goed met robotische armen overweg kon. De Russen waren verstrikt geraakt in de kabels van een kustbeveiligingssysteem. Met een klein onbemand onderzeeërtje met robotisch aangestuurde armen konden de Britten de onderzeeër bevrijden.
Op een beeldscherm zagen de reddingswerkers wat zich onder water afspeelde wanneer ze de armen met de bedieningshandvaten aanstuurden. Maar van het contact dat de grijparmen maakten met de kabels merkten ze niets. “Dat maakt zo’n operatie ontzettend lastig”, zegt onderzoeker ir. Gorn Christiansson van de afdeling biomechanical engineering van werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen. “Het was makkelijker gegaan als de robotische armen de krachten die ze ‘voelen’ terugkoppelen naar de bedieningshandvaten.”
Christiansson onderzoekt dergelijke terugkoppelingssystemen in robotarmen, ook wel haptische systemen genoemd. Zulke systemen zijn handig voor tal van toepassingen. Het European Space Agency (ESA) bijvoorbeeld, werkt aan robotarmen met krachtterugkoppeling die reparaties op ruimtestations kunnen uitvoeren. Met krachtterugkoppeling zouden piloten hun vliegtuig makkelijker kunnen besturen. En bij veel medische ingrepen worden nu al haptische robots ingezet.
Toch staat de techniek hiervoor nog in de kinderschoenen. Christiansson ziet twee grote tekortkomingen aan de huidige armen. “Er zijn tegenwoordig armen die wat gevoel terugkoppelen naar degene achter de joystick, maar die systemen zijn nog zo rudimentair dat de gebruiker het gevoel heeft dat hij met bokshandschoenen een minutieuze operatie moet uitvoeren.”
De tweede tekortkoming is dat robotarmen niet goed overweg kunnen met harde voorwerpen. Grijparmen kunnen met hun klauwen wel kabels of andere objecten omsluiten, maar als ze harde voorwerpen moeten oppakken met hun ‘vingertoppen’, dan gaan ze schokkende bewegingen maken. Het meet- en regelsysteem van de arm kan niet snel genoeg reageren wanneer het in contact komt met een hard voorwerp en slaat op tilt. “Wat je dan krijgt wordt in jargon het hamereffect genoemd. Het doet denken aan een specht die tegen een boom aan tikt.”
Menselijker
Tijdens zijn promotie onderzocht Christiansson hoe deze twee problemen te verhelpen zijn. De conclusie van het onderzoek waar hij deze week op promoveert: “De haptische armen moeten menselijker worden.” Daar bedoelt de onderzoeker niet mee dat er vijf vleeskleurige vingers aan de uiteindes moeten komen. “De klauwen moeten net als een menselijke hand kunnen inveren als ze in iets hards knijpen.”
Christiansson liet vijftig proefpersonen geblinddoekt tests doen met een starre robotarm en met een ‘zachte arm’, een arm waarvan de klauw was voorzien van een veringssysteem. Het blijkt dat mensen met de zachte arm makkelijker harde voorwerpen kunnen oppakken en de vorm van de objecten kunnen waarnemen. Maar zware objecten kunnen ze met die arm, die door de vering ook slapper is, niet optillen. “Bij het kiezen van de arm moet je dus een afweging maken”, zegt Christiansson. “Of je gebruikt een harde arm die goed met zware en zachte objecten om kan gaan, of je gebruikt een zachte arm waarmee je beter lichtere en harde objecten kunt manipuleren.”
Toch is het volgens Christiansson ook mogelijk een arm te maken met de karakteristieken van zowel een harde als een zachte arm. Kunstspieren moeten dit volgens hem mogelijk maken. De robotarm zou daarmee net als bij de mensen in de stevigheid kunnen variëren.
Onderzoekers dr.ir. Martijn Wisse en dr.ir. Just Herder, beiden ook werkzaam bij de afdeling biomechanical engineering, gaan zich de komende jaren storten op robotarmen met kunstspieren. Die spieren bestaan uit elastische siliconenslangetjes met een soort netkousen eromheen. Door lucht in de slangetjes te pompen of juist weg te laten lopen, vervormen de slangetjes. “We proberen deze spieren door een elektromotor aan te laten sturen”, zegt Herder. Uiteindelijk willen ze een robotarm creëren die met behulp van sensoren zelf bepaalt met wat voor soort object hij in aanraking is en daar automatisch op reageert door zijn spieren aan te spannen of te verslappen.
Comments are closed.