We hebben door de jaren heen veel verschillende robotachtige waterstriders gezien, maar wetenschappers ontdekken nog steeds nieuwe vindingen over dit insect en repliceren deze. Onlangs hebben onderzoekers bijvoorbeeld een waterstrider-robot uitgevonden die snel over het water kan bewegen met behulp van ventilatoren aan zijn voeten.

Met een lengte van slechts 3 millimeter is de Rhagovelia waterstrider echt bijzonder. Hun twee lange middenpoten (gebruikt voor voortstuwing) eindigen in gevederde aanhangsels die zich ontvouwen wanneer ze het water raken. Terwijl ze vooruit peddelen, tillen deze onderwateraanhangsels het wateroppervlak op als de vliezen tussen de tenen van de kikker, waardoor het insect snel vooruit wordt gedreven.

Aan het einde van de slag worden de waaiervormige tentakels uit het water getrokken en verzamelen de natte tentakels zich tot een punt - een beetje zoals de borstelharen van een vers doordrenkte verfkwast. Dit geeft de tentakels een meer gestroomlijnde vorm terwijl de benen naar voren zwaaien ter voorbereiding op de volgende slag.


Een uitwaaierende Rhagovelia-waterstrider - op deze foto zijn de waaier en klauwen naar beneden gericht, als een spiegel in het water weerspiegeld

Door deze waaiervormige structuren kunnen de insecten snel over het water bewegen met een snelheid van ongeveer 120 lichaamslengtes per seconde. Bovendien kan de waterstrijder, door simpelweg een waterabsorberende, waaiervormige structuur aan één kant van het wateroppervlak te plaatsen, een bocht van 90 graden maken in ongeveer 50 milliseconden.

Op basis van dit idee besloten wetenschappers van de Universiteit van Californië, Berkeley, de Ajou Universiteit in Zuid-Korea en het Georgia Institute of Technology om Rhagovelia dieper te bestuderen.

Met behulp van elektronenmicroscopie ontdekten professor Je-Sung Koh van de Universiteit van Ajou en postdoctoraal onderzoeker Dongjin Kim dat elke waaiervormige individuele gloeidraad bestaat uit een platte, flexibele, lintachtige centrale strook met aan weerszijden kleinere baardjes die eigenlijk op een veer lijken. Door dit ontwerp kan het waaiervormige aanhangsel zich onder water ontvouwen, zodat het als peddel kan worden gebruikt.


Aan de linkerkant is een foto te zien van de waaiers en klauwen aan de uiteinden van de twee peddelende poten van Rhagovelia, en aan de rechterkant is een kleurenscanning-elektronenmicroscopiebeeld van de waaier, waarop de baardjes van de waaier te zien zijn en de platte lintachtige microstructuur van de kleinere baardjes (groen) waaruit de waaier bestaat.

De wetenschappers ontdekten ook dat de oppervlaktespanning van water alle elastische kracht levert die nodig is om deze draden te laten ontvouwen. Vroeger werd gedacht dat deze zich ontvouwende actie door spieren werd aangedreven. Tijdens de slag wordt een kleine hoeveelheid spierkracht gebruikt om deze draden onder spanning te houden, maar er is geen spierkracht nodig om ze te verspreiden.

Op basis van deze bevindingen creëerde het team een ​​robotversie van het insect genaamd Rhagobot. Hij is zeker groter dan zijn naamgenoot: 8 cm lang, 10 cm breed en 1,5 cm hoog (3,1 x 3,9 x 0,6 inch). Aan het uiteinde van elk van de twee middelste poten bevindt zich een Rhagovelia-achtige waaiervormige structuur van 1 milligram met platte lintachtige microstructuren van 10 x 5 millimeter.


De semi-aquatische robot Rhagobot (links) staat naast een close-up van zijn bionische ventilator, die wordt ingeschakeld wanneer hij wordt blootgesteld aan water

De hele robot is aangesloten op een externe stroombron en weegt slechts een vijfde gram. Momenteel kan hij zich snel over het water bewegen met een afstand van twee lichaamslengtes per seconde en een bocht van 90 graden maken in minder dan een halve seconde. Er wordt gehoopt dat afstammelingen van Rhagobot sneller en flexibeler zullen zijn voor toepassingen zoals zoek- en reddingsacties of milieumonitoring.

"Onze robotventilatoren kunnen zichzelf vervormen door alleen gebruik te maken van waterkrachten en flexibele geometrie, net als hun biologische tegenhangers", zegt Gao, senior co-auteur van de studie samen met Georgia Tech Professor Saad Bumrah. "Dit is een soort mechanisch ingebedde intelligentie die door de natuur is verfijnd na miljoenen jaren van evolutie. Op het gebied van kleine robots zal dit efficiënte en unieke mechanisme een sleuteltechnologie worden om de beperkingen van traditionele robotminiaturisatie te doorbreken."

Het onderzoek werd geleid door Ortega-Jiménez, een assistent-professor aan de University of California, Berkeley, en zijn artikel werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Science. Je kunt Rhagobot in actie zien in de onderstaande video.

Bron: Universiteit van Californië, Berkeley, Georgia Institute of Technology