✅Робот-щупальце для захвата хрупких предметов

 

Мягкий захват робота, похожий на медузу, имитирует механику вьющихся волос

Если вы когда-либо играли в аркадную игру claw, вы знаете, как трудно захватывать и удерживать предметы с помощью роботизированных захватов. Представьте, насколько более нервной была бы эта игра, если бы вместо плюшевых игрушек вы пытались схватить хрупкий кусочек исчезающего коралла или бесценный артефакт с затонувшего корабля.

Большинство современных роботизированных захватов полагаются на встроенные датчики, сложные контуры обратной связи или передовые алгоритмы машинного обучения в сочетании с мастерством оператора для захвата хрупких предметов или предметов неправильной формы. Но исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) продемонстрировали более простой способ.

Обращаясь к природе

Черпая вдохновение в природе, они разработали новый тип мягкого роботизированного захвата, который использует набор тонких щупалец для запутывания и захвата объектов, подобно тому, как медузы собирают оглушенную добычу. Сами по себе отдельные щупальца, или нити, слабы. Но вместе совокупность нитей может захватывать и надежно удерживать тяжелые предметы и предметы странной формы. Захват робота использует простое надувание, чтобы обернуть вокруг предметов, и не требует зондирования, планирования или управления с обратной связью.

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“С помощью этого исследования мы хотели переосмыслить то, как мы взаимодействуем с объектами”, - сказала Кейтлин Беккер, бывшая аспирантка и аспирант SEAS и первый автор статьи. “Используя естественную податливость мягкой робототехники и усиливая ее гибкой структурой, мы разработали захват, который больше, чем сумма его частей, и стратегию захвата, которая может адаптироваться к ряду сложных объектов с минимальным планированием и восприятием”.

В настоящее время Беккер является доцентом кафедры машиностроения Массачусетского технологического института.

Сила и адаптивность захвата обусловлены его способностью сцепляться с объектом, за который он пытается ухватиться. Нити длиной в фут представляют собой полые резиновые трубки. Одна сторона трубки покрыта более толстой резиной, чем другая, поэтому, когда трубка находится под давлением, она скручивается, как косичка, или как выпрямленные волосы в дождливый день.

Завитки завязываются в узел и запутываются друг с другом и с объектом, с каждым запутыванием увеличивая силу захвата. В то время как коллективный захват силен, каждый контакт по отдельности слаб и не повредит даже самый хрупкий предмет. Чтобы освободить объект, нити просто сбрасывают давление.

Начало экспериментов

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

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

“Запутывание позволяет каждой высоконагруженной нити локально соответствовать целевому объекту, что приводит к надежному, но мягкому топологическому захвату, который относительно независим от деталей характера контакта”, - сказал Махадеван, профессор прикладной математики Лолы Ингленд де Вальпайн в SEAS, а также организмической и эволюционной биологии, и Физика в FAS и соавтор статьи.

“Этот новый подход к роботизированному захвату дополняет существующие решения, заменяя простые традиционные захваты, требующие сложных стратегий управления, чрезвычайно гибкими и морфологически сложными нитями, которые могут работать при очень простом управлении”, - сказал Вуд, профессор инженерных и прикладных наук Гарри Льюиса и Марлин МаКграт и соавтор бумага. “Этот подход расширяет диапазон того, что можно поднять с помощью роботизированных захватов”.

Соавторами исследования были Кларк Типл, Николас Чарльз, Енсу Юнг, Дэниел Баум и Джеймс К. Уивер. Проект был частично поддержан Управлением военно-морских исследований в рамках гранта N00014.-17-1- 206 и Национальный научный фонд в рамках грантов EFRI-1830901, DMR-1922321, DMR-2011754, DBI-1556164 и EFMA-1830901, Фонда Саймонса и Фонда Анри Сейду.

По материалам сайта harvard.edu.