Решение деликатных вопросов

Появление мягкой робототехники представляет собой крупный прогресс в области робототехники, особенно когда речь идет о манипулировании хрупкими объектами, которые были бы уязвимы для повреждений традиционными жесткими роботами. Мягкие роботы изготавливаются из гибких материалов и податливых структур, что позволяет им взаимодействовать с объектами более мягко и адаптируемо. Эта функция особенно полезна в таких отраслях, как обработка пищевых продуктов, медицина и деликатные процессы сборки, где целостность объектов имеет большое значение.

Однако использование мягкой робототехники для деликатных манипуляций с объектами имеет свои недостатки. Хотя мягкость мягких роботов является их силой, она также становится их ограничением с точки зрения мощности и точности. Традиционные жесткие роботы обычно способны прилагать больше усилий и достигать более высокой точности в своих движениях. Недостаток прочности и точности мягких роботов может ограничить их применение в задачах, требующих значительных усилий, таких как подъем тяжестей или промышленная сборка с жесткими допусками.

Чтобы найти решение этого компромисса, исследователи и инженеры постоянно ищут инновационные решения. Некоторые подходы включают в себя гибридные системы, которые сочетают в себе преимущества как мягкой, так и жесткой робототехники, создавая роботов с переменной жесткостью, которые могут адаптировать свои возможности к конкретной задаче. Кроме того, ведется работа по усовершенствованию алгоритмов управления и материалов для повышения прочности и точности мягких роботов при сохранении их деликатных характеристик управления.

Но существующие системы еще не полностью решили проблему создания мягких роботизированных захватов, которые могли бы работать с точностью и перемещать тяжелые предметы. Однако многообещающая работа, о которой недавно сообщила команда Университета штата Северная Каролина, может помочь значительно продвинуть мяч вперед. Они разработали роботизированное захватное устройство, которое достаточно мягкое, чтобы поднять даже каплю воды, но при этом оно также может поднимать предметы весом более 14 фунтов. Что касается точности, захват может легко захватывать микроволокна, которые в 40 раз тоньше обычного человеческого волоса.

Идея захвата пришла исследователям из киригами, родственного оригами, японскому искусству складывания бумаги, при котором бумага одновременно сгибается и разрезается для образования трехмерных фигур. Захваты были вырезаны лазером из листов полиэтилентерефталата и получили конструкцию, обеспечивающую максимальную прочность. Этот дизайн стал результатом длинной серии предыдущих экспериментов, проведенных этой командой с использованием аналогичных методов. Приведение в действие захватов, позволяющих им удерживать предметы, было вдохновлено резкими изгибами усиков растений.

Прочность и мягкость захвата обусловлены уникальной конструкцией, которая распределяет силу по всему устройству во время его работы. Это дает захвату рекордное соотношение полезной нагрузки к весу — около 16 000, что в 2,5 раза превышает предыдущий рекорд. А учитывая точность и отсутствие генов, которые обеспечивает захват благодаря его конструкции, он может обеспечить множество новых вариантов использования, которые ранее были непрактичными.

В одной особенно интересной демонстрации захват был интегрирован с миоэлектрическим протезом. Эта первоначальная работа показывает, что это устройство в один прекрасный день заменит хрупкость и силу человеческой руки. Команда также видит применение своему захвату при работе с пищевыми продуктами или биомедицинскими материалами, а также для выполнения сложных в настоящее время задач, таких как застегивание молний или сбор монет.

Было отмечено, что захват не зависит ни от масштаба, ни от материала, поэтому устройство можно легко масштабировать для выполнения очень больших работ или уменьшать для выполнения небольших работ. В настоящее время исследователи изучают альтернативные типы материалов для оптимизации долговечности и прочности.