Эта роботизированная рука имеет захват, вдохновленный гекконом.

У огромного множества роботизированных рук и зажимов есть общий враг: помидор из семейной реликвии.

Возможно, вы видели, как робот-захват ловко срывает яйцо или плавно ладит баскетбольный мяч, но, в отличие от человеческих рук, один захват вряд ли сможет сделать и то, и другое.

Ключевая проблема остается скрытой на среднем уровне.

«Вы увидите, как роботизированные руки делают силовой захват и точный захват, а затем подразумевают, что они могут делать все, что между ними», – сказал Уилсон Руотоло, доктор философии ’21, бывший аспирант лаборатории биомиметики и ловких манипуляций в Стэнфорде. Университет.

«Мы хотели решить, как создать манипуляторов, которые одновременно являются ловкими и сильными».

Результатом этой цели стала «farmHand», роботизированная рука, разработанная инженерами Руотоло и Дейном Брауэром, аспирантом лаборатории биомиметики и ловких манипуляций в Стэнфорде (также известной как «Ферма») и подробно описанная в статье, опубликованной в Science Robotics. .

В своем тестировании исследователи продемонстрировали, что farmHand может обрабатывать широкий спектр предметов, включая сырые яйца, грозди винограда, тарелки, кувшины с жидкостью, баскетбольные мячи и даже угловую шлифовальную машину.

FarmHand извлекает выгоду из двух видов биологического вдохновения. В то время как многосуставные пальцы напоминают человеческую руку – хотя и четырехпалую, – пальцы покрыты клеем в стиле геккона.

Этот цепкий, но не липкий материал основан на структуре пальцев ног геккона и был разработан за последнее десятилетие лабораторией биомиметики и ловких манипуляций под руководством Марка Каткоски, профессора Флетчера Джонса в Школе инженерии, который также является старшим автором. этого исследования.

Использование геккоклея на многопалом антропоморфном захвате впервые было сложной задачей, требующей особого внимания к сухожилиям, управляющим пальцами farmHand, и конструкции подушечек пальцев под клеем.

С фермы в космос и обратно

Как и пальцы ног геккона, клей геккона создает прочную фиксацию с помощью микроскопических лоскутов. При полном контакте с поверхностью эти створки создают силу Ван-дер-Ваальса – слабую межмолекулярную силу, которая возникает из-за тонких различий в положении электронов на внешней стороне молекул.

В результате клеи могут сильно сжиматься, но для этого требуется небольшое усилие. Еще один бонус: они не липнут на ощупь и не оставляют следов.

«Первые применения клеев gecko были связаны с лазанием роботов, лазанием людей или захватом очень больших, очень гладких объектов в космосе.

Но мы всегда думали использовать их для более простых приложений », – сказал Каткоски. «Проблема в том, что клеи для гекконов на самом деле очень привередливы».

Суть в том, что клей для гекконов должен определенным образом соединяться с поверхностью, чтобы активировать силу Ван-дер-Ваальса.

Это достаточно легко контролировать, когда они плавно наносятся на плоскую поверхность, но гораздо труднее, когда для захвата приходится использовать несколько липких пластырей геккона, контактирующих с объектом под разными углами, например, с помощью farmHand.

Защемление и коробление

Под клеем подушечки для пальцев farmHand помогают решить эту проблему. Они сделаны из складной ребристой конструкции, которая изгибается с небольшим усилием.

Независимо от местоположения или угла контакта ребра постоянно изгибаются, чтобы обеспечить равные усилия на липких подушках и предотвратить преждевременное соскальзывание любой из них.

«Если вы сдвинете эти ребра, изгиб приведет к одинаковой силе, независимо от того, с чего вы начнете», – сказал Брауэр. «Это простое физическое поведение, которое можно применить даже в пространствах за пределами робототехники, например, в качестве протектора обуви или вездеходных шин».

Сухожилия руки также имеют решающее значение, потому что они обеспечивают чрезмерно растянутый зажим. В то время как многие роботизированные руки и зажимы сжимают объекты в форме буквы «C», например, поднимают что-то только кончиком пальцев, farmHand зажимает подушечку кончиком пальцев, прижимая ее к подушечке. Это дает клеям большую площадь поверхности для работы.

Получить правильный дизайн было особенно сложно, потому что существующее компьютерное моделирование затрудняет прогнозирование реальной производительности с мягкими объектами – еще один фактор в проблеме помидоров семейной реликвии. Но исследователи получили огромную пользу от возможности 3D-печати и тестирования многих твердых и мягких пластиковых компонентов в относительно быстрых циклах.

Они заходят так далеко, что предполагают, что их успех, возможно, был невозможен – или, по крайней мере, намного медленнее – всего пять лет назад.

Дальнейшие улучшения в farmHand могут появиться в виде функций обратной связи, которые помогут пользователям понять, как он захватывает и как можно лучше захватить, когда используется рука. Исследователи также рассматривают коммерческое применение своей работы.

Автор Тейлор Кубота.