De kracht van zachte robots

Bron: #Dwars door de buurt – editie 248

Je denkt bij robots gauw aan metalen apparaten en koude wezens. Toch wordt er bij onderzoeksinstituut Amolf op het Science Park gewerkt aan záchte materialen die reageren op wat ze voelen. De mogelijkheden? Fruit plukken zonder het fijn te knijpen, maar ook mensenlevens redden. Hoe? Dat vertelt Bas Overvelde, groepsleider van de onderzoeksgroep Soft Robotic Matter.

Wij proberen na te bootsen hoe de natuur werkt, hoe die slim gedrag inbouwt in ons lichaam,’ legt Bas Overvelde uit. ‘Als je bijvoorbeeld iets doorslikt, denk je niet na over alle spieren die in werking gezet moeten worden om het eten in je maag te laten komen. Nee, dat gebeurt met ingebouwde reflexen. Of als je loopt – daar denk je meestal ook niet over na. En datzelfde geldt natuurlijk voor de werking van het hart. Ons lichaam doet mechanisch heel veel. Ons team kijkt nu hoe we die reflexen kunnen inbouwen in robots, met zachte materialen. Zachte mechanica zou je het kunnen noemen. Dus zonder software of elektronica.’ Het is een heel nieuw gebied waar de onderzoeksgroep zich mee bezighoudt.

Jongleren
Overvelde is 38 jaar en geboren in een klein dorp in Overijssel, in Sibculo. ‘Ik was een speels kind, altijd aan het knutselen, figuurzagen, bezig met papier en geometrie – een soort origami, wat je nu weer terugziet in onderdelen van mijn werk.’ Ook jongleren met kegels en balletjes en een diabolo was een favoriete bezigheid. Een enkele keer doet hij dat nog wel eens bij een groepsuitje. ‘Dan neem ik alle spullen mee en gaan we het samen doen.’ Die speelsheid wordt later door anderen creativiteit genoemd en als een van zijn grootste talenten gezien.

Op de middelbare school is hij vooral goed in wiskunde (‘puzzeltjes maken, heerlijk’) en dat brengt hem naar Delft waar hij na een jaartje natuurkunde de overstap maakt naar werktuigbouwkunde. ‘Daar heb ik computers leren gebruiken om sommen te maken. Dat waren eigenlijk ook weer fijne puzzeltjes.’

Nieuwe materialen
Harvard is de volgende stap in zijn wetenschappelijke opleiding, daar doet hij zijn PhD.  Overvelde beschrijft het als een geweldige tijd. ‘Iedereen is daar bezig met toponderzoek en iedereen wil samenwerken en kennis delen, dat was echt top.’ Dat samenwerken speelt een belangrijke rol bij het project waar hij nu al jaren mee bezig is: de ontwikkeling van een kunsthart. Als werktuigbouwkundige zal hij zich toch op de een of andere manier op de hoogte moeten stellen van de biologische processen van het hart. Maar eerst: hoe kwam hij erbij om een kunsthart te gaan maken? Overvelde: ‘Na Harvard was er een plek vrij bij Amolf voor een groepsleider en kon ik mijn eigen onderzoeksgroep starten. Amolf lijkt een beetje op een universiteit, maar dan zonder onderwijs. Er vindt fundamenteel onderzoek plaats in de natuurkunde en er worden nieuwe materialen ontwikkeld. Mijn groep doet dus onderzoek naar zachte robotische materialen.’ Op een bepaald moment stond hij met een interview in de NRC en twee dagen later werd hij gebeld door hartchirurg Jolanda Kluin met de vraag of hij geen kunsthart kon maken.

Dopje van een ketchupfles
‘Ik wist helemaal niks van het hart, dacht: het is een pomp. Nou ja een pomp kunnen we wel maken,’ lacht hij. Er kwam uiteraard heel wat meer bij kijken. ‘We zijn constant met elkaar aan het overleggen en ik weet inmiddels wat de belangrijke aspecten van het hart zijn. Het is een heel complex orgaan, maar in essentie blijft het een pomp.’ Als materiaal worden siliconen gebruikt, hetzelfde materiaal dat je vindt in spatels, bakmatjes en dergelijke. Overvelde legt verder uit: ‘De bedoeling is dat het kunsthart als een zachte, flexibele pomp werkt. Er wordt continu lucht door een systeem van zachte nagebootste spieren geleid. Een speciale klep – vergelijkbaar met het dopje van een ketchupfles – zorgt ervoor dat de luchtdruk langzaam opbouwt. Als de druk hoog genoeg is, opent de klep plotseling, waardoor de kunstmatige spier samenknijpt en het bloed wegpompt. Daarna sluit de klep weer en vult het systeem zich opnieuw met lucht, zodat de cyclus van samenknijpen en ontspannen zich herhaalt. Zo bootsen we op een natuurlijke manier de hartslag na, zonder dat er elektronica aan te pas komt.’

Kunsthart
Het kunsthart, dat op dit moment nog volop in ontwikkeling is, is bedoeld als vervanging van een harttransplantatie, dus voor mensen die écht een nieuw hart nodig hebben. Daar is een tekort aan. Er bestaan al twee apparaten op de wereld die getest worden en die tijdelijk een hart kunnen vervangen. ‘Dat zijn voornamelijk harde apparaten. Wij denken dat een zacht kunsthart dat precies de vervorming van het hart nabootst, beter bij het lichaam past en blijvend kan zijn.’

Overvelde is al acht jaar bezig met de ontwikkeling – en samen met het Holland Hybrid Heart Consortium is de financiering rond voor nog eens zes jaar. De bedoeling is dat het hart dan een paar weken bij een dier is getest. Er is nog een lange weg te gaan. ‘Het lastige bij het ontwerpen van zachte robotica – in tegenstelling tot de metalen robots – is dat je niet precies weet hoe de interactie met de omgeving zal zijn. Je bent eigenlijk intelligentie aan het inbouwen, dus het ontwerp is moeilijker en kost veel meer tijd. Maar het eindresultaat is betrouwbaarder.’

Luxe positie
Overvelde leidt de onderzoeksgroep en doet zelf niet zoveel onderzoek meer. ‘Nee, dat vind ik niet erg. Ik vind het ook wel lekker om me niet te veel te verliezen in de details, maar de grote lijnen in de gaten te houden.’ Werken in de wetenschap noemt hij een luxe positie. ‘Ik mag doen wat ik leuk vind, maar het blijft ook wel werk, hoor. Dus als ik thuis ben, ga ik ook graag lekker de tuin in. Klussen aan ons oude huis. Lekker eten. En niet teveel achter de computer!’ #

Anita Boelsums