Роботизированный захват достаточно мягок, чтобы поднять каплю воды.

Роботизированные захваты достаточно мягкие, чтобы переворачивать страницы книг. (Фото: штат Северная Каролина)

Вы можете поделиться этой статьей в соответствии с лицензией Attribution 4.0 International.

Исследователи сообщают, что новое роботизированное захватное устройство обеспечивает высокую степень силы, мягкости и ловкости.

Захват достаточно мягкий, чтобы поднять каплю воды, достаточно сильный, чтобы поднять груз весом 14,1 фунта, достаточно ловкий, чтобы сложить ткань, и достаточно точный, чтобы захватывать микрофильмы, которые в 20 раз тоньше человеческого волоса.

Помимо возможных производственных применений, исследователи также интегрировали устройство с технологией, которая позволяет управлять захватом с помощью электрических сигналов, вырабатываемых мышцами предплечья, демонстрируя его потенциал для использования с роботизированными протезами.

«Трудно разработать одиночный мягкий захват, способный обрабатывать сверхмягкие, сверхтонкие и тяжелые предметы, из-за компромисса между прочностью, точностью и мягкостью», — говорит Цзе Инь, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Северной Каролине. Государственный университет и автор исследования в журнале Nature Communications. «Наша конструкция обеспечивает превосходный баланс этих характеристик».

Конструкция новых захватов основана на более раннем поколении гибких роботизированных захватов, основанных на искусстве киригами, которое включает в себя резку и складывание двумерных листов материала для формирования трехмерных фигур.

«В наших новых захватах также используется киригами, но они существенно отличаются, поскольку мы многому научились из предыдущей конструкции», — говорит соавтор Яойе Хонг, недавняя аспирантка штата Северная Каролина. «Нам удалось улучшить саму фундаментальную структуру, а также траекторию захватов, то есть путь, по которому захваты приближаются к объекту при его захвате».

Новая конструкция способна обеспечить высокую степень прочности и мягкости благодаря тому, как она распределяет силу по всей конструкции захвата.

«Сила роботизированных захватов обычно измеряется соотношением полезной нагрузки к весу», — говорит Инь. «Наши захваты весят 0,4 грамма и могут поднимать до 6,4 килограмма. Это соотношение полезной нагрузки к весу около 16 000. Это в 2,5 раза превышает предыдущий рекорд грузоподъемности, составлявший 6400 единиц. В сочетании с мягкостью и точностью прочность захватов предполагает широкий спектр применения».

Еще одним преимуществом новой технологии является то, что ее привлекательные характеристики обусловлены прежде всего конструкцией, а не материалами, из которых изготовлены захваты.

«На практике это означает, что захваты можно изготовить из биоразлагаемых материалов, например, из прочных листьев растений», — говорит Хонг. «Это может быть особенно полезно в тех случаях, когда вы хотите использовать захваты только в течение ограниченного периода времени, например, при работе с пищевыми продуктами или биомедицинскими материалами. Например, мы продемонстрировали, что захваты можно использовать для перемещения острых медицинских отходов, таких как иглы».

Исследователи также интегрировали захватное устройство с миоэлектрическим протезом руки, то есть протез управляется с помощью мышечной активности.

«Этот захват обеспечивает расширенные функции для задач, которые трудно выполнить с использованием существующих протезных устройств, таких как застегивание молний определенных типов, поднятие монеты и т. д.», — говорит соавтор Хелен Хуанг, профессор объединенного факультета биомедицинской инженерии в Северной Каролине. штата и Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл.

«Новый захват не может заменить все функции существующих протезов рук, но его можно использовать в дополнение к другим функциям», — говорит Хуанг. «И одним из преимуществ захватов киригами является то, что вам не нужно будет заменять или дополнять существующие двигатели, используемые в роботизированном протезировании. При использовании захватов можно просто использовать существующий двигатель».

В ходе тестирования концепции исследователи продемонстрировали, что захваты киригами можно использовать в сочетании с миоэлектрическим протезом, чтобы переворачивать страницы книги и срывать виноград с лозы.