Роботы используют прочные и деликатные захваты на основе техники киригами
Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали роботизированный захват, который достаточно мягок, чтобы соврать виноградину с лозы или перевернуть страницу книги, достаточно силен, чтобы поднять груз весом 6,4 кг, достаточно ловок, чтобы сложить ткань, и достаточно точен, чтобы поднять микропленку, которая в 20 раз тоньше человеческого волоса.
Помимо возможного применения в производстве, исследователи также интегрировали устройство с технологией, позволяющей управлять захватом с помощью электрических сигналов, вырабатываемых мышцами предплечья, что демонстрирует возможность его использования в роботизированных протезах.
«Разработать единый мягкий захват, способный работать с ультрамягкими, ультратонкими и тяжелыми предметами, довольно сложно из-за компромисса между прочностью, точностью и мягкостью», — говорит Цзе Инь, соавтор работы. - «В нашей конструкции достигнут отличный баланс этих характеристик».
Конструкция новых захватов основана на предыдущем поколении гибких роботизированных захватов, созданных на основе искусства киригами, которое заключается в разрезании и складывании двухмерных листов материала для получения трехмерных форм.
«Наши новые захваты также используют киригами, но существенно отличаются от предыдущих, поскольку мы многое узнали из предыдущей конструкции», — говорит Яое Хонг, соавтор работы. — «Нам удалось улучшить как саму фундаментальную структуру, так и траекторию движения захватов, то есть траекторию, по которой захваты приближаются к объекту при его захвате».
Новая конструкция позволяет достичь высокой степени прочности и мягкости благодаря тому, как она распределяет силу по всей структуре захвата.
«Прочность роботизированных захватов обычно измеряется отношением полезной нагрузки к весу», — говорит Инь. — «Наши захваты весят 0,4 грамма и могут поднимать до 6,4 кг. Это соотношение полезной нагрузки и веса составляет около 16 000. Это в 2,5 раза больше предыдущего рекорда по соотношению полезной нагрузки и веса, который составлял 6 400». В сочетании с такими характеристиками, как мягкость и точность, прочность захватов позволяет говорить о широком спектре их применения».
Еще одним преимуществом новой технологии является то, что ее привлекательные характеристики определяются в первую очередь конструктивным исполнением, а не материалами, из которых они изготовлены.
«С практической точки зрения это означает, что захваты можно изготавливать из биоразлагаемых материалов, например, из прочных листьев растений», — говорит Хонг. — «Это может быть особенно полезно в тех случаях, когда захват требуется использовать только в течение ограниченного периода времени, например, при работе с пищевыми продуктами или биомедицинскими материалами».
Роботизированный протез с захватом киригами
Исследователи также интегрировали захват с миоэлектрическим протезом руки, то есть протезом управляемым с помощью мышечной активности. «Этот захват обеспечил расширенные возможности для выполнения задач, которые трудно выполнить с помощью существующих протезов, например, застегивание некоторых видов молний, поднятие монеты и т.д.», — говорит Хелен Хуанг, соавтор работы.
«Новый захват не может заменить все функции существующих протезов рук, но он может быть использован для дополнения этих функций», — говорит Хуанг. — «Одно из преимуществ захватов "киригами" заключается в том, что не нужно заменять или дополнять существующие двигатели, используемые в роботизированных протезах. При использовании захватов можно просто использовать существующие разработки».
В ходе испытаний исследователи продемонстрировали, что захваты «киригами» могут использоваться совместно с миоэлектрическим протезом для перелистывания страниц книги и срывания винограда с лозы.
«Мы считаем, что конструкция захвата может найти применение в самых разных областях — от роботизированного протезирования и пищевой промышленности до фармацевтики и производства электроники», — говорит Инь. — «Мы с нетерпением ждем начала сотрудничества с промышленными партнерами, чтобы найти способы применения этой технологии».
Наконец удалось создать захват одновременно сильный и мягкий. К этому робототехника шла очень долго.