Je leest:

Zacht mini-robotje kijkt kunst af van vleesetende plant

Zacht mini-robotje kijkt kunst af van vleesetende plant

Grijper van lichtgevoelig materiaal reageert op veranderingen in de omgeving

Auteur: | 26 mei 2017

Robots kunnen vele vormen aannemen. Natuurlijke inspiratiebronnen zijn er volop. Finse onderzoekers nemen een vleesetende plant als voorbeeld om een heel klein grijpertje te maken dat reageert op objecten die in de buurt komen. In Nature Communications presenteren ze hun zachte mini-robot.

De venusvliegenvanger Dionaea muscipula komt oorspronkelijk uit de Verenigde Staten, maar is wereldwijd uitgegroeid tot een populaire kamerplant.

De venusvliegenvanger is een opmerkelijke verschijning in het plantenrijk. Een meerkoppig monster(tje) met grijpgrage vallen vol scherpe tanden. Vliegen doen er verstandig aan om niet te spotten met deze vleeseter, ook al zijn de lokstoffen in zijn opengesperde vallen nog zo aantrekkelijk. De venusvliegenvanger weet namelijk feilloos wanneer er een lekker maaltje binnen bereik is. Dankzij heel gevoelige haartjes die snelle bewegingen registreren, merkt de plant dat er een levende prooi is geland. De twee helften van de val klappen dicht en de vlieg is de sigaar.

De manier waarop de venusvliegenvanger te werk gaat is een bron van inspiratie voor wetenschappers. Deze plant is in staat om een signaal van buiten om te zetten in een mechanische respons; het dichtklappen van de val. Bovendien gebeurt dat met grote precisie. Regendruppels, ingewaaide stofdeeltjes of een windvlaag laten de plant ongemoeid. Die bewegen te langzaam om een reactie op te roepen. De plant kan dus ook onderscheid maken tussen signalen. Eigenlijk kan de venusvliegenvanger alles wat je zou willen van een klein, efficiënt grijprobotje. Maar dan gemaakt van zachte, biologische materialen zonder de noodzaak van geavanceerde software en externe stroombronnen. Het plantje opereert volledig zelfstandig.

Zachte robots

Voor Arri Priimagi en collega’s van de Technische Universiteit van Tampere (Finland) is de venusvliegenvanger een voorbeeld voor het ontwikkelen van soft robotics. Deze biogeïnspireerde ‘zachte robots’ staan sterk in de belangstelling, omdat ze naar verwachting veiliger en prettiger zijn voor het contact met mensen dan hun harde, metalen soortgenoten. Doordat ze van zachte, flexibele materialen zijn gemaakt, kunnen ze bovendien hun vorm aanpassen aan de omgeving en zich verplaatsen door beperkte, moeilijk te navigeren ruimtes. Zachte robots kunnen dus nieuwe terreinen verkennen, waar de klassieke metalen robot niet kan komen.

De kunstmatige vliegenvanger van Priimagi en collega’s met daarboven het natuurlijke voorbeeld. Zodra een object, bijvoorbeeld een insect, in de lichtbundel komt wordt een deel van het uitgezonden licht weerkaatst. Dat activeert een lichtgevoelige moleculaire schakelaar in de rode laag vloeibaren kristallen. Die gaan zich opnieuw ordenen, wat zorgt voor spanning in het materiaal waardoor het gaat buigen. De ‘val’ grijpt het insect.

In het tijdschrift Nature Communications presenteren Priimagi en zijn team hun zachte mini-grijper, geïnspireerd op de venusvliegenvanger. De ‘stengel’ is een optische vezel die een continue lichtbundel doorgeeft. Aan het uiteinde van de vezel zit de ‘val’. Dit is een rechthoekige, dunne laag met daarin netjes geordende vloeibare kristallen. In het midden van de laag zit een transparante opening, waar de optische vezel aan vastzit. De lichtbundel schijnt dus niet direct op de laag vloeibare kristallen.

Zodra een object in de lichtbundel komt, wordt een deel van het uitgestuurde licht weerkaatst op de laag vloeibare kristallen. In die laag zit een lichtgevoelig molecuul dat als schakelaar fungeert. Het teruggekaatste licht activeert de schakelaar en die verandert van vorm. Het gevolg is dat de vloeibare kristallen zich opnieuw moeten rangschikken. Dat levert spanning, waardoor de laag gaat buigen: de twee helften klappen naar elkaar toe en pakken het object vast.

Communicatie

“Het leuke aan dit systeem vind ik dat het echt reageert op de omgeving en niet op een gecontroleerd signaal”, zegt Nathalie Katsonis, adjunct-hoogleraar Biogeïnspireerde en slimme materialen aan de Universiteit Twente. “De materialen en concepten die de onderzoekers gebruiken zijn bekend, daar zit niets nieuws bij. Maar ze maken er een systeem van dat veranderingen in z’n omgeving opmerkt en daarop reageert op een functionele manier. Er is sprake van een soort communicatie met de omgeving. Dat is interessant omdat kunnen reageren op de omgeving in mijn ogen een essentieel kenmerk is van leven.” Ze ziet parallellen met de natuur, waar een mechanische reactie nodig is om te kunnen bewegen. “Denk aan bacteriën die onder invloed van licht van vorm veranderen, een mechanische respons, zodat ze naar het licht kunnen bewegen.”

De mini-grijper in actie op de bovenste rij foto’s. Op de onderste rij is te zien dat de grijper verschillend reageert op de blokjes, afhankelijk van hoeveel licht ze weerkaatsen. Het transparante blokje (foto linksonder) roept geen respons op, maar het sterk reflecterende blokje (foto rechtsonder) wordt vastgegrepen. Het zwarte streepje in de rechterfoto’s komt overeen met vijf millimeter.

Evolutie

De mini-grijper van Priimagi reageert niet op alle objecten op dezelfde manier. Een transparant blokje roept geen respons op – wat te verwachten is omdat er geen licht wordt weerkaatst. Een glimmend blokje dat bijna al het licht reflecteert leidt tot een snelle reactie, terwijl een blokje dat veel licht absorbeert juist zorgt voor een trage beweging van de ‘val’. “Het is goed dat ze naar verschillende veranderingen in de omgeving hebben gekeken, want het laat zien dat dit systeem om communicatie draait”, aldus Katsonis. “Communicatie betekent dat je je respons afstemt op de specifieke situatie en dat laten ze zien. Dit is ook waar evolutie in de kern om draait: communiceren met de omgeving en zo efficiënt mogelijk reageren op de veranderingen.”

Bron:

O.M. Wani, H. Zeng, A. Priimagi, A light-driven artificial flytrap, Nature Communications (2017), doi:10.1038/ncomms15546

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 26 mei 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.