Мягкий и сильный, бессильный всегда

Роботы используют разнообразные типы захватов для точного и универсального взаимодействия с объектами в окружающей среде. Среди множества доступных типов механические захваты являются наиболее распространенными и широко используемыми. Челюстями или пальцами они эффективно захватывают предметы, выполняя простые операции по захвату и перемещению или сложные манипуляционные задачи. Вакуумные захваты, с другой стороны, полагаются на всасывание, чтобы надежно удерживать гладкие и плоские предметы, такие как стекло или электронные компоненты, сводя при этом к минимуму физический контакт для предотвращения повреждений. Магнитные захваты используют электромагнитные силы для надежного удержания ферромагнитных объектов, что особенно полезно в сложных или опасных условиях.

И этот список можно продолжать и продолжать: практически для любого варианта использования доступно индивидуальное решение. Но когда дело касается мягкой робототехники, выбор захватов может быть немного ограничен. Производство устройств, которые были бы мягкими, но при этом прочными, достаточно сложная задача. Но добавить системы срабатывания и датчики без введения каких-либо жестких компонентов еще сложнее. А если приложение требует, чтобы в захвате вообще не использовалась электроника, тогда удачи в поиске чего-нибудь подходящего.

Однако именно этого недавно добилась команда робототехников из Калифорнийского университета в Сан-Диего и корпорации BASF. Они разработали мягкий роботизированный захват, напечатанный на 3D-принтере, который может поднимать, удерживать и отпускать предметы. Он также оснащен датчиками гравитации и прикосновения. И для его работы не требуется абсолютно никакой электроники.

Для реализации этого технологического прогресса был разработан специализированный подход к 3D-печати с использованием плавленых нитей. В целом, ограничения этого метода печати приводят к тому, что объекты имеют высокую степень жесткости, а также имеют тенденцию быть негерметичными, что не позволяет использовать их во многих приложениях. Но подход команды заключался в прорисовке непрерывного пути при создании каждого слоя. Это позволило избежать внесения каких-либо дефектов в отпечаток. Это также позволило создавать более тонкие и детальные структуры, а это означает, что эти отпечатки могут быть на порядок мягче, чем обычные отпечатки.

Бездефектная печать позволила интегрировать каналы и пневматические клапаны, которые контролируют поток воздуха под высоким давлением, вызывающий срабатывание. Когда датчик касания активируется объектом, находящимся в зажимах захвата, сжатый воздух попадает во внутренние каналы для надежного захвата объекта. Правильное вращение руки активирует датчик силы тяжести, который, в свою очередь, снижает давление воздуха и заставляет челюсти открываться.

Процедуры изготовления также могут быть использованы при изготовлении других типов конструкций и захватов для мягких роботов. Исследователи предполагают, что такие устройства будут использоваться в промышленных, исследовательских и геологоразведочных задачах в будущем. Мягкость системы также может быть использована в специализированных приложениях, где требуется деликатное обращение, как, например, в производстве продуктов питания и обработке фруктов и овощей. А поскольку процедуры изготовления можно выполнять на настольных установках для 3D-печати, эту технологию можно широко использовать для любого количества приложений.