Der Tentakelroboter kann zerbrechliche Gegenstände sanft greifen

Wenn Sie jemals das Klauenspiel in einer Spielhalle gespielt haben, wissen Sie, wie schwierig es ist, Objekte mit robotischen Greifern zu greifen und festzuhalten. Stellen Sie sich vor, wie viel nervenaufreibender das Spiel wäre, wenn Sie anstelle von Plüschtieren versuchen würden, ein zerbrechliches Stück gefährdeter Koralle oder ein unschätzbares Artefakt von einem versunkenen Schiff zu ergattern.

Die meisten heutigen Robotergreifer basieren auf eingebetteten Sensoren, komplexen Rückkopplungsschleifen oder fortschrittlichen Algorithmen für maschinelles Lernen, kombiniert mit der Fähigkeit des Bedieners, zerbrechliche oder unregelmäßig geformte Objekte zu greifen. Doch Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) haben einen einfacheren Weg aufgezeigt.

Sie ließen sich von der Natur inspirieren und entwickelten einen neuen Typ eines weichen Robotergreifers, der eine Reihe dünner Tentakel verwendet, um Objekte zu verwickeln und zu fesseln, ähnlich wie Quallen betäubte Beute einsammeln. Einzelne Tentakel oder Filamente sind allein schwach. Aber zusammen kann die Ansammlung von Filamenten schwere und ungewöhnlich geformte Gegenstände greifen und sicher halten. Der Greifer beruht auf einem einfachen Aufblasen, um Objekte zu umschließen, und erfordert keine Erfassung, Planung oder Feedback-Steuerung.

Die Forschung wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

„Mit dieser Forschung wollten wir uns neu vorstellen, wie wir mit Objekten interagieren“, sagte Kaitlyn Becker, ehemalige Doktorandin und Postdoktorandin am SEAS und Erstautorin der Arbeit. „Indem wir uns die natürliche Nachgiebigkeit der Soft-Robotik zunutze machten und sie durch eine nachgiebige Struktur erweiterten, haben wir einen Greifer entwickelt, der mehr ist als die Summe seiner Teile, und eine Greifstrategie, die sich mit minimaler Planung und Wahrnehmung an eine Reihe komplexer Objekte anpassen kann.“ .“

Becker ist derzeit Assistenzprofessor für Maschinenbau am MIT.

Die Stärke und Anpassungsfähigkeit des Greifers beruht auf seiner Fähigkeit, sich mit dem Objekt zu verfangen, das er zu greifen versucht. Die fußlangen Filamente sind hohle Gummischläuche. Eine Seite des Schlauchs besteht aus dickerem Gummi als die andere. Wenn der Schlauch unter Druck gesetzt wird, kräuselt er sich wie ein Zopf oder wie geglättetes Haar an einem regnerischen Tag.

Die Locken verknoten und verwickeln sich miteinander und mit dem Objekt, wobei jede Verflechtung die Festigkeit des Halts erhöht. Während der kollektive Halt stark ist, ist jeder Kontakt einzeln schwach und beschädigt nicht einmal das zerbrechlichste Objekt. Um das Objekt freizugeben, werden die Filamente einfach drucklos gemacht.

Eine Nahaufnahme der Filamente des Greifers, die sich um ein Objekt wickeln. (Quelle: Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS)

Der Greifer umhüllt einen Sukkulenten. (Quelle: Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS)

Mithilfe von Simulationen und Experimenten testeten die Forscher die Wirksamkeit des Greifers, indem sie eine Reihe von Objekten aufhoben, darunter verschiedene Zimmerpflanzen und Spielzeuge. Der Greifer könnte in realen Anwendungen eingesetzt werden, um weiches Obst und Gemüse für die landwirtschaftliche Produktion und den Vertrieb, empfindliches Gewebe in medizinischen Einrichtungen und sogar unregelmäßig geformte Objekte in Lagerhäusern, wie z. B. Glaswaren, zu greifen.

Dieser neue Greifansatz kombiniert die Forschungen von Professor L. Mahadevan zur topologischen Mechanik verschlungener Filamente mit der Forschung von Professor Robert Wood zu weichen Robotergreifern.

„Die Verschränkung ermöglicht es jedem hochnachgiebigen Filament, sich lokal an ein Zielobjekt anzupassen, was zu einem sicheren, aber sanften topologischen Griff führt, der relativ unabhängig von den Details der Art des Kontakts ist“, sagte Mahadevan, Professor für Angewandte Mathematik in Lola England de Valpine SEAS und Organismische und Evolutionäre Biologie sowie Physik in FAS und Mitautor des Artikels.

„Dieser neue Ansatz zum robotergestützten Greifen ergänzt bestehende Lösungen, indem er einfache, traditionelle Greifer, die komplexe Steuerungsstrategien erfordern, durch äußerst nachgiebige und morphologisch komplexe Filamente ersetzt, die mit sehr einfacher Steuerung arbeiten können“, sagte Wood, Professor für Ingenieurwissenschaften bei Harry Lewis und Marlyn McGrath und Angewandte Wissenschaften und Co-korrespondierender Autor des Artikels. „Dieser Ansatz erweitert die Palette der Aufnahmemöglichkeiten mit Robotergreifern.“

Die Studie wurde gemeinsam von Clark Teeple, Nicholas Charles, Yeonsu Jung, Daniel Baum und James C. Weaver verfasst. Es wurde teilweise vom Office of Naval Research im Rahmen des Zuschusses N00014-17-1-206 und von der National Science Foundation im Rahmen der Zuschüsse EFRI-1830901, DMR-1922321, DMR-2011754, DBI-1556164 und EFMA-1830901 unterstützt Simons Foundation und der Henri Seydoux Fund.

Themen:Angewandte Mathematik, Robotik

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Harry Lewis und Marlyn McGrath Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften

Lola England de Valpine Professorin für Angewandte Mathematik, Organismische und Evolutionsbiologie und Physik

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