‘Draadmotor’ in vezelvorm kan objecten tillen zonder roterende onderdelen (video)

Door twee dunne vezels met behulp van elektrostatische krachten langs elkaar te laten schuiven, hebben Zwitserse onderzoekers een nieuw type elektromotor ontwikkeld. De zogeheten FiberMotor is slechts 1 tot 3 millimeter dik en produceert een lineaire beweging zonder tandwielen of roterende onderdelen.

Traditionele elektromotoren produceren doorgaans een draaiende beweging. Om daarmee bijvoorbeeld een robotvinger te buigen of een voorwerp op te tillen, zijn vaak tandwielen en mechanische overbrengingen nodig. Die maken systemen relatief zwaar en stijf. Vooral bij draagbare robotica, waarbij apparaten de bewegingen van het menselijk lichaam moeten volgen, vormt dat een beperking. Onderzoekers van EPFL hebben een andere aanpak ontwikkeld. Hun FiberMotor zet elektrische energie direct om in een lineaire beweging. De motor is flexibel, werkt vrijwel geruisloos en kan in beide richtingen bewegen.

Holle vezels

De FiberMotor bestaat uit twee concentrisch geplaatste holle vezels, met daaromheen spiraalvormig gewikkelde elektroden van geïsoleerd koperdraad. Wanneer spanning op de elektroden wordt gezet, trekken elektrostatische krachten de vezels naar elkaar toe. Hierdoor schuift de binnenste vezel ten opzichte van de buitenste, vergelijkbaar met de uitschuifbare delen van een telescoop.

Volgens onderzoeksleider Herbert Shea is het ‘de eerste schuivende elektromotor die volledig in vezelvorm is uitgevoerd’. De bewegingsafstand wordt in het ontwerp niet beperkt door de rekbaarheid van het materiaal, zoals bij veel kunstmatige spieren. In plaats daarvan wordt de slaglengte bepaald door de lengte van de vezels.

Chocoladereep

Tijdens laboratoriumtests kon één FiberMotor een statische belasting van ongeveer 75 gram dragen. Door vier motoren te bundelen, slaagden de onderzoekers erin een chocoladereep van 46 gram op te tillen. Dezelfde opstelling kon ook een robotvinger buigen die via een pees werd aangedreven.

De wetenschappers werken nog aan verbeteringen in de krachtontwikkeling en levensduur, onder meer door dunnere elektroden en aangepaste materialen te gebruiken. Op termijn zien zij toepassingen in zachte exoskeletten die mensen ondersteunen bij het bewegen, lichte protheses en kleding die voelbare feedback geeft in virtualrealityomgevingen. Ook willen ze sensorgegevens over de positie en beweging van de gebruiker integreren, zodat de motor automatisch kan reageren op diens bewegingen.