Wat kunnen we leren van de natuur? Welke vaardigheden uit de dierenwereld kunnen voor industriële toepassingen worden gebruikt? In het Bionic Learning Network houden we ons al jaren met deze vragen bezig. Samen universiteiten, instituten en ontwikkelingsbedrijven ontwerpen we al jaren onderzoeksobjecten waarvan de technische basisprincipes zijn afgeleid van de natuur. Een steeds weer terugkerend thema zijn de unieke bewegingen en functies van de slurf van de olifant.
Met de Bionic Handling Assistant (2010), de BionicMotionRobot (2017) en de BionicSoftArm (2019) is in de loop der tijd een reeks pneumatische lichtgewicht robotarmen ontstaan. Met hun flexibele balgstructuren kunnen ze allemaal moeiteloos de vloeiende bewegingsreeksen van het natuurlijke model uitvoeren. Tijdens de verdere ontwikkeling werden de bionische concepten steeds compacter en kleiner en konden sneller in gebruik worden genomen.
Voor de filigrane Bionic E-Trunk hebben onze ontwikkelaars, samen met het Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik in Saarbrücken, het idee van miniaturisatie verder ontwikkeld en de natuurlijke bewegingsvormen voor de eerste keer elektrisch aangedreven geïmplementeerd.
De Bionic E-Trunk bestaat uit twee segmenten van 140 millimeter lang met een taps toelopende diameter. In het midden bevindt zich een structuur van 3D-printmateriaal en een superelastische staaf voor stabilisatie in de lengterichting. Rondom dit centrum, dat op een wervelkolom lijkt, zijn dunne draden van een speciaal metaalmateriaal, een zogenaamde vormgeheugenlegering, aangebracht.
De vormgeheugenlegering heeft twee verschillende structuren, afhankelijk van de temperatuur: bij verwarming - bijvoorbeeld met behulp van elektriciteit - worden de draden korter. Bij afkoeliong 'herinneren' ze zich hun vroegere vorm en nemen dan hun oorspronkelijke positie weer in. Hierdoor kan de Bionic E-Trunk zich individueel en gecontroleerd in elke ruimtelijke richting buigen. Hoe dunner de draden zijn, hoe sneller ze opwarmen, weer afkoelen en dus directer reageren op hun aansturing.
Bij de bouw van het concept hebben de ontwikkelaars gekozen voor een soortgelijke opzet als de pneumatisch aangedreven slurfprojecten uit het verleden. Per segment worden drie draadbundels, elk bestaande uit twee of vier afzonderlijke draden, geïnstalleerd. Daardoor kan de slurf in een bepaalde richting worden gestuurd, afhankelijk van de afzonderlijke activering van de draden. Samen zorgen deze kunstspieren in de elementen voor de vloeiende en soepele bewegingen van de Bionic E-Trunk.
Dankzij het lage eigen gewicht van slechts twaalf gram kan de slurf gemakkelijk worden bewogen met de actuatoren van vormgeheugenlegeringen. Vergeleken met andere aandrijfprincipes hebben deze de hoogste kracht-gewichtsverhouding.
In combinatie met een microgrijper zou de Bionic E-Trunk kunnen worden gebruikt om kleine voorwerpen te hanteren. Bovendien zou het concept een doseringsproces in de biowetenschappensector mogelijk maken. Daartoe zou een flexibele slang aan de zijkant van de constructie kunnen worden bevestigd. Dit kan worden gebruikt om vloeistoffen uit vaten te zuigen en over te brengen in andere containers. Ook zouden gerichte luchtstromen kunnen worden gebruikt om nauwe plaatsen te reinigen.
Terwijl de pneumatische voorgangers uitsluitend werden gebruikt voor het vormgesloten vastgrijpen van voorwerpen, kan de Bionic E-Trunk worden gebruikt om andere functies van een olifantenslurf uit te voeren: het opnemen en afgeven van vloeistoffen of lucht.