Wouter Van der Wijngaart kallar det för ”programmerbar materia”. Projektet är ett av de vildare i forskningsprogrammet Digital Futures – i framtiden är till och med själva materien digital.

För tydlighets skull: vi pratar inte om animerad film med lerfigurer, utan om ett fysiskt material som kan programmeras att byta form. Tänk Barbapapa, Terminator 2 eller Big Hero 6, beroende på vilken generation du tillhör. Fast på riktigt.

Projektet har just startat och har inga publiceringar ännu. Det finns tidigare forskning kring alla pusselbitar som används i den färdiga lösningen, men Wouter Van der Wijngaart känner inte till någon annan som försöker sätta ihop dem till robotmateria.

Wouter Van der Wijngaart är professor i mikro- och nanoteknik. Han har 25 års erfarenhet av att bygga strukturer i den här skalan, både i torr mikroelektronik och våt mikrobiologi. 

Till hjälp med polymererna och robotiken har han KTH-kollegorna Ulrica Edlund och Danica Kragic Jensfelt. Dessutom ska fyra doktorander och ett par postdoktorer engageras.

Materialet byggs i mikrometerskala av plastpartiklar med en magnetisk kärna. Partiklarna kan stimuleras med värme och kyla att ändra struktur, fästa vid varandra och att släppa taget.

Det som händer i projektet just nu är att gruppen konstruerar tvådimensionella prototyper av materialet. De fotograferas och stimuleras med värme och kyla för att byta form. Sedan fotograferas de igen. Forskarna försöker kartlägga sambandet mellan stimuli och förändring. Det finns ingen enkel modell, så projektet tar ett modernt verktyg i bruk: före-efter-bilderna blir indata till en maskininlärningsalgoritm som får kartlägga sambandet.

Under stimuleringen ändrar partiklarna struktur. Detta sker dessutom anisotropt – de kan vara styva i en riktning och mjuka i en annan. 

Wouter Van der Wijngaart tror att han har teoretiska lösningar för alla delproblem – beräkning, styrning, knådning, signalering, sensorer, energiförsörjning och så vidare. Det som återstår att utarbeta är de praktiska detaljerna.

– Vi jobbar steg för steg och först med de fundamentala delarna, att bygga cellerna och få dem att fungera.

– Att försöka integrera en dator skulle möjligen kunna vara näst-nästa steg,

Partiklarna konstrueras i mikrometerskala – 20–500 μm. Det är samma mått som naturliga biologiska celler. Det är inte den enda likheten med den biologiska världen. Liksom biologiska celler kommer plastpartiklarna att ha en vätska som insida, en gel, men en fastare yta. 

Blodomlopp och nerver fungerar som referens för hur värme och kyla ska kunna flyttas runt mellan partiklarna.

Projektets plastpartiklar behöver kunna växla mellan att klänga sig fast vid varandra och att lossna från varandra. Fysiken bakom detta går över Elektroniktidningens horisont och är dessutom delvis hemlig. Det handlar om kondenserade materiens fysik och om ett fenomen kallat elektrostatisk screening. 

Biologiska celler fäster vid varandra men lossnar gör de bara vid vissa sjukliga tillstånd.

Trogna läsare av Elektroniktidningen kanske minns att vi skrivit om robotmateria förut. Intel kallade det för ”claytronics” och gjorde experiment för 15 år sedan. Idag finns ett relaterat forskningsprogram på MIT i ett projekt med centimeterstora kuber kallade M-cubes. De innehåller elektronik och små svänghjul som hjälper dem att kasta sig fram i världen.

Men M-cubes är inte skalbara ner till mikrometernivå, konstaterar Wouter Van der Wijngaart.

– Det projektet leds av datavetare. De har inte samma koll som vi på materialsidan, vilket är var vi startar med vårt projekt.

Ytterligare en skillnad är att datavetarna, om vi ska kalla dem så, har en idé om att styrningen ska vara distribuerad och utnyttja så kallad swarm intelligence.

Wouter Van der Wijngaarts tror mer på centraliserad styrning. För just denna tillämpning, alltså. Det finns gott om exempel på genial swarm intelligence i naturen, men för sin robotmateria tror han på en modell med en central hjärna som styr en kropp.

– Kroppen har 44 biljoner celler men de är inte smarta, utan våra handlingar styrs från en hjärna.

Ett utfall av projektet som vi möjligen kan få se på kortare sikt är rekonfigurerbar plast. Idag slänger vi plast och mal ner den för återvinning. I morgon kanske vi laddar den med en ny ritning, och så bygger den om sig själv.

Rekonfigureringen ska vara energieffektivare än formsprutning från återvunnen plast. Denna miljöaspekt på tekniken är något som projektet lyfter fram. En relevant frågeställning är exempelvis hur situationen ska hanteras att robotplasten råkar hamna bland vanlig plast i återvinningen.

Att ge sig i kast med ett långsiktigt projekt som detta var ett nytt grepp för belgiskfödde Wouter Van der Wijngaart. Under sin karriär har han adresserat mer närliggande utmaningar inom bland annat medicin och mikrobiologi.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Men så blev han sugen på att göra något långsiktigt. Idén med robotmaterian var något som han bearbetat ett par år. Till slut tyckte han att han kunde bocka för hur alla delproblem i princip skulle kunna adresseras. Och i fjol fick han anslag till projektet.

Du kanske känner igen namnet Wouter Van der Wijngaart som en av medgrundarna till bränslecellsföretaget Myfc. Han är även medgrundare av Easypark och Mercene.