Робот с щупальцами может аккуратно захватывать хрупкие предметы

Если вы когда-либо играли в игру с когтями на игровых автоматах, вы знаете, как трудно захватывать и удерживать объекты с помощью робототехнических захватов. Представьте себе, насколько более нервной была бы эта игра, если бы вместо плюшевых мягких игрушек вы пытались схватить хрупкий кусок находящегося под угрозой исчезновения коралла или бесценный артефакт с затонувшего корабля.

Большинство современных роботизированных захватов используют встроенные датчики, сложные петли обратной связи или передовые алгоритмы машинного обучения в сочетании с навыками оператора для захвата хрупких объектов или объектов неправильной формы. Но исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) продемонстрировали более простой путь.

Черпая вдохновение у природы, они разработали новый тип мягкого роботизированного захвата, который использует набор тонких щупалец для опутывания и захвата объектов, подобно тому, как медузы собирают оглушенную добычу. По отдельности отдельные щупальца или нити слабы. Но вместе совокупность нитей может захватывать и надежно удерживать тяжелые предметы странной формы. Захват опирается на простое надувание, чтобы обернуть объекты, и не требует датчиков, планирования или управления с обратной связью.

Исследование было опубликовано в Трудах Национальной академии наук (PNAS).

«С помощью этого исследования мы хотели переосмыслить то, как мы взаимодействуем с объектами», — сказала Кейтлин Беккер, бывшая аспирантка и научный сотрудник SEAS и первый автор статьи. «Воспользовавшись преимуществами естественной податливости мягкой робототехники и дополнив ее податливой структурой, мы разработали захват, который превосходит сумму его частей, и стратегию захвата, которая может адаптироваться к ряду сложных объектов с минимальным планированием и восприятием. ».

Беккер в настоящее время является доцентом кафедры машиностроения в Массачусетском технологическом институте.

Сила и адаптивность захвата проистекают из его способности запутываться в объекте, который он пытается схватить. Нити длиной в фут представляют собой полые резиновые трубки. Одна сторона трубки имеет более толстую резину, чем другая, поэтому, когда трубка находится под давлением, она скручивается, как косичка или как выпрямленные волосы в дождливый день.

Кудри запутываются и запутываются друг в друге и в объекте, причем каждое запутывание увеличивает силу захвата. Хотя коллективная фиксация сильна, каждый контакт по отдельности слаб и не повредит даже самый хрупкий предмет. Чтобы освободить объект, нити просто сбрасывают давление.

Крупный план нитей захвата, обвивающих объект. (Фото: Гарвардская лаборатория микроробототехники/Harvard SEAS)

Захват обхватывает суккулент. (Фото: Гарвардская лаборатория микроробототехники/Harvard SEAS)

Исследователи использовали моделирование и эксперименты, чтобы проверить эффективность захвата, собирая различные предметы, в том числе различные комнатные растения и игрушки. Захват можно использовать в реальных условиях для захвата мягких фруктов и овощей для сельскохозяйственного производства и распределения, деликатных тканей в медицинских учреждениях и даже предметов неправильной формы на складах, таких как стеклянная посуда.

Этот новый подход к захвату сочетает в себе исследования профессора Л. Махадевана по топологической механике запутанных нитей с исследованиями профессора Роберта Вуда по мягким роботизированным захватам.

«Запутывание позволяет каждой очень податливой нити локально соответствовать целевому объекту, что приводит к надежному, но мягкому топологическому захвату, который относительно независим от деталей природы контакта», — сказал Махадеван, профессор прикладной математики Лолы Ингланд де Вальпайн в SEAS, Организмической и Эволюционной Биологии и Физики в ФАС и соавтор статьи.

«Этот новый подход к роботизированному захвату дополняет существующие решения, заменяя простые традиционные захваты, которые требуют сложных стратегий управления, чрезвычайно податливыми и морфологически сложными нитями, которые могут работать с очень простым управлением», — сказал Вуд, профессор инженерных наук Гарри Льюиса и Марлин Макграт. и прикладных наук и соавтор статьи. «Этот подход расширяет диапазон того, что можно захватывать с помощью роботизированных захватов».