Роботизированные захваты предлагают беспрецедентное сочетание силы и деликатности

Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали роботизированное захватное устройство, достаточно мягкое, чтобы поднять каплю воды, достаточно сильное, чтобы поднять груз массой 6,4 килограмма (14,1 фунта), достаточно ловкое, чтобы сложить ткань, и достаточно точное, чтобы поднять его. 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, автор статьи об этой работе и научный сотрудник. профессор машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина. «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 Яойе Хонг, соавтор статьи и недавний доктор философии. выпускник штата Северная Каролина. «Мы смогли 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 определенных типов молний, ​​поднятие монеты и т. д.», — говорит Хелен Хуанг, соавтор статьи и выдающийся член семьи Джексонов. Профессор Объединенного факультета биомедицинской инженерии штата Северная Каролина и Университета 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.