De regenworm is inspiratiebron voor een kruipende robot


Foto: David Perez

Hoeveel poten zou een robot moeten hebben om effectief vooruit te kunnen komen? Velen zullen denken aan twee zoals bij een mens, of verwachten dat vier (hond), zes (insect) of acht (spin) poten een handig aantal zijn. Maar waarschijnlijk niemand komt op het idee van nul poten. Toch kruipt een goed voorbeeld daarvan rond in de grond onder onze voeten: de regenworm.

Wormen hebben geen skelet van botten zoals mensen, maar een hydroskelet waarbij water voorde stevigheid van het lichaam zorgt. Denk aan een slappe brandweerslang die stijf wordt wanneer er water doorheen stroomt. Een vloeistof kan in tegenstelling tot een gas, zoals lucht, nagenoeg niet worden samengedrukt. Een bepaalde hoeveelheid opgesloten vloeistof kan daarom niet van volume veranderen, maar wel van vorm.

Peristaltisch
Een regenworm bestaat uit segmenten en kan deze dankzij het hydroskelet gemakkelijk vervormen met behulp van kringspieren en lengtespieren. Hierdoor worden de segmenten breder en korter of langer en smaller. Door deze veranderingen goed te coördineren ontstaat een zogenaamde peristaltische beweging waarmee de dieren kruipen.

Peristaltiek zorgt ook voor het transport van voedsel door onze darmen. Dit systeem werkt zo effectief dat iemand ook kan eten of drinken terwijl hij ondersteboven hangt.

De beweging van de regenworm vormde de inspiratiebron voor de ‘Meshworm’, een robot die kruipt als een worm. De robot is gemaakt van zachte materialen waardoor hij een stuk robuuster is dan robots met harde onderdelen. De kunstworm is flink door de mangel gehaald door hem met een hamer te bewerken en er op te staan. Na deze behandeling blijft de Meshworm intact en kruipt hij stoïcijns verder – waarschijnlijk op zoek naar veiliger oorden.

Geheugenmetaal
De buisvormige robot bestaat uit een netachtige structuur (Engels: mesh) van stevige vezels. De ‘kunstmatige spieren’ voor de peristaltische beweging zijn gemaakt van geheugenmetaal. Dit typemateriaal keert na vervorming terug in de oorspronkelijke vorm als het wordt verwarmd. Voor de spieren van de Meshworm wordt een spiraalvormige draad gebruikt, vergelijkbaar met het veertje in een ballpoint. Door de uitgerekte draad om de robot heen te wikkelen, wordt de kunstworm – net als een echte regenworm – in segmenten met ‘kringspieren’ verdeeld. Met een elektrisch stroompje, afkomstig van een batterij, wordt de draad op goed uitgekozen plekken verhit en schiet daar weer terug in de kortere spiraalvorm. Hierdoor trekken de kunstmatige kringspieren op die plaatsen samen en beweegt de kunstworm vooruit.

Door de robot ook in de lengterichting te voorzien van deze draden, krijgt hij eveneens kunstmatige lengtespieren. Door de draden aan de linker- of rechterkant te verhitten, verkorten ze; zo beweegt de Meshworm zich naar links of naar rechts.

Endoscoop
De kunstworm kan bijvoorbeeld worden ingezet als verkenningsrobot bij ingestorte gebouwen. De Meshworm kruipt niet snel, maar kan wel gemakkelijk over oneffen terrein bewegen en zich door nauwe openingen persen. Ook overleeft de kunstworm een val waarna hij gewoon zijn pad vervolgt.

Naast een kruipende robotworm wordt de peristaltische beweging tevens gebruikt voor de ontwikkeling van beweeglijke endoscopen, implantaten en protheses gemaakt van allerhande materialen.

Zoals bekend graven regenwormen tunnels in de grond en ook daarbij komt de peristaltiek handig van pas. Iedere keer als de worm een segment kort en breed maakt duwt hij daarmee tegen de wanden van de gang, waardoor de (zachte) grond daar stevig wordt aangedrukt. De tunnel van de regenworm stort daarom niet maar zo in. Ook daar biedt de ‘simpele’ regenworm inspiratie voor ingenieurs.


Foto: MIT

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 10 juni 2016

Ylva Poelman alias De Bionische Vrouw
E: info@bionicacentrum.nl
T: 06 - 22 79 71 84