Nieuws

Twentse onderzoeker maakt robotversie van de cheeta

UT-onderzoeker Geert Folkertsma heeft een prototype van een cheeta-robot ontwikkeld.

Tijdens vier jaar van onderzoek en ontwikkeling bouwde Folkertsma een kleine robotversie van het snelste landdier ter wereld die zich op dezelfde manier beweegt. De robot gebruikt, naar verhouding, voor zijn voortbeweging slechts zo’n vijftien procent meer energie dan een echte cheeta.

Op 21 april promoveert hij op dit onderzoek aan de Universiteit Twente.

Folkertsma: “De cheeta (het jachtluipaard) is het snelste landdier ter wereld; hij maakt heel efficiënt gebruik van zijn energie. Ik wilde een robot maken die op dezelfde manier rent. Dit is nuttig voor de ontwikkeling van nieuwe robots. We zullen steeds meer gebruik gaan maken van robots in ons dagelijks leven en moeten dus zorgen dat ze zich in onze omgeving goed kunnen verplaatsen. Mijn stofzuigrobot kan bijvoorbeeld niet over drempels heen, of de trap op. We zullen daarom robots moeten ontwikkelen die kunnen lopen en om dat efficiënt te doen, kunnen we veel leren van de cheeta.”

Nut

Terwijl lopende robots doorgaans groot en zwaar zijn en logge stappen nemen die veel energie verbruiken, loopt de cheeta heel snel en efficiënt. Folkertsma: “Als je de kennis over het looppatroon van de cheeta toepast, kun je robots veel eleganter en vooral efficiënter laten lopen.” Het onderzoek van Folkertsma levert waardevolle kennis op die ingezet kan worden voor de robots van de toekomst, bijvoorbeeld voor de robots die ons gaan ondersteunen in het huishouden of in de zorg. De kennis die is opgedaan in het project kan ook worden ingezet voor revalidatierobots of geavanceerde protheses die toegerust zijn met robotica.

Het onderzoek

Folkertsma keek veel naar video’s van cheeta’s en analyseerde met software hun bewegingen. De rug van het dier blijkt cruciaal, want daarmee oefent hij kracht uit. Door zijn ruggengraat te buigen en te strekken is de cheeta snel, beweegt hij efficiënt en kan hij enorme sprongen maken. Folkertsma: “Het belangrijkste verschil tussen bestaande lopende robots en mijn cheeta-robot is dan ook de ruggengraat. De truc daarbij was om dit te imiteren, maar het vooral niet te ingewikkeld te maken: geen wervels en tussenwervelschijven, maar juist een slim geplaatste veer die ongeveer hetzelfde effect heeft. Verder slaan cheeta’s veel energie op in hun spieren, die ze later weer kunnen gebruiken. Ook dat hebben we geïmiteerd door goed gekozen veren toe te passen in de poten.”  

Resultaat

Folkertsma: “Mijn robot is een soort nagebootst skelet met spieren en gewrichten. Niet alles zit exact op dezelfde plek als bij het dier, maar de ruggengraat, schouders en heupen wel. De echte cheeta rent niet alleen, maar klimt bijvoorbeeld ook in bomen. Dat hoeft onze robot niet te kunnen. Ik probeerde ten slotte niet een cheeta na te bouwen, maar puur zijn efficiënte manier van rennen. De robot heeft bijvoorbeeld geen normale voet, maar een lichtgewicht mechanisme met veren dat efficiënter bleek te werken. “

Het prototype dat Folkertsma ontwikkelde weegt 2,5 kilo en is 30 cm lang: twintig keer lichter en vier keer kleiner dan een echte cheeta. Naar verhouding — het verschil in gewicht meegerekend — gebruikt het prototype slechts zo’n vijftien procent meer energie dan een echte cheeta. De robot haalt nu een snelheid van ongeveer één kilometer per uur. Folkertsma: “Dat is voor zo’n kleine robot al best vlot. Er is meer onderzoek nodig om hem – in verhouding – net zo hard te laten lopen als een cheeta. Dan moet je richting twintig kilometer per uur. Een masterstudent is nu bezig met een nieuw ontwikkelde poot en de eerste testen met een enkele poot zijn al veelbelovend. Met vier van zulke poten loopt de robot nog veel sneller; ik denk dat we hiermee een heel eind in de goede richting komen.”  

Promotie

Op 21 april, om 16.45 uur, verdedigt Geert Folkertsma zijn proefschrift getiteld ‘Energy-based and biomimetic robotics’ in de prof. dr. G. Berkhoff-zaal van gebouw De Waaier op de campus van de Universiteit Twente. Hij voerde zijn promotieonderzoek uit in de vakgroep Robotics and Mechatronics (RAM), onder begeleiding van promotor prof. dr. ir. Stefano Stramigioli.

Joost Bruysters
Persvoorlichter (aanwezig ma-do)