Niet-lineair gedrag handig gebruikt in kunstmatige spier

Pieter Edelman
Leestijd: 2 minuten

Hardvard-onderzoeker Bas Overvelde heeft samen met twee studenten van de TU Delft – zijn alma mater – een zeer snel en sterk reagerende kunstmatige spier ontwikkeld door slim gebruik te maken van het welbekende twee-ballonnen-experiment; wanneer een half opgeblazen ballon wordt verbonden met een volledig opgeblazen exemplaar, zal die zich daarin legen. Dit tegenintuïtieve gedrag – de meeste mensen verwachten dat de twee ballonnen even groot worden – is te verklaren door de niet-lineaire relatie tussen luchtdruk en het oppervlak van de ballon.

Dit principe is ook in kunstspieren toe te passen. Kunstspieren bestaan typisch uit een opblaasbare blaas omhuld door een stevige maar flexibele ‘kooi’ van stroken in de lengterichting. Wanneer er lucht of vloeistof in de blaas wordt gepompt, zet de constructie uit en neemt af in lengte, en wanneer deze leegloopt nemen lengte en dikte weer af. Dit gedrag is lineair met de hoeveelheid vloeistof of lucht die wordt rondgepompt. De spieren reageren daardoor vrij traag en vereisen relatief veel werk van de pompen.

Overvelde en zijn studenten bedachten echter dat het mogelijk is om een plotselinge omslag te bereiken door twee spieren met elkaar te verbinden en ze op de rand van hun instabiliteit te opereren. De onderzoekers stelden een wiskundig model op waarmee het gedrag van de onderling verbonden spieren doorgerekend kon worden, rekening houdend met alle niet-lineaire factoren – zoals de kooi die het volume op een gegeven moment beperkt ondanks toenemende druk.

This article is exclusively available to premium members of Bits&Chips. Already a premium member? Please log in. Not yet a premium member? Become one and enjoy all the benefits.

Login