Исследователи создали роботизированные захваты, вдохновленные насекомыми
Многие мягкие роботизированные захваты вдохновлены изгибом рыбьего плавника. Они включают в себя треугольные компоненты, которые изгибаются вокруг объекта, чтобы захватить его. Эти компоненты имеют поперечные балки, расположенные под углом 90 градусов, что помогает захвату огибать объект.
Подобные традиционные захваты требуют большого усилия, чтобы поднять объект, и не всегда могут манипулировать хрупкими объектами, не раздавив их. Исследователи из пяти разных университетов во главе с Пораманте Манунпонгом из Университета Южной Дании в Оденсе черпают вдохновение из того, как насекомые ходят и захватывают предметы, чтобы разработать новый способ изготовления роботизированных захватов.
Вместо поперечных лучей, расположенных под углом 90 градусов, международная исследовательская группа в Оденсе разместила лучи под углами 10 или 30 градусов, подобно подушечкам для прикрепления насекомых. Меняя угол наклона этих лучей, исследователи обнаружили, что их захватные устройства могут больше сгибать объекты и поднимать их, используя на 20% меньшее усилие.
«Мы знаем, что многие животные могут цепляться или прикрепляться к поверхности с помощью податливых подушечек или лап. Мы могли видеть, что угол наклона подушечек у насекомых был другим. В предыдущих работах уже исследовалось изменение угла захвата, но ни одна из них не проводила подробных исследований влияния различных углов поперечной балки внутри его рамы»
Использование меньшего усилия для захвата предмета позволяет захвату обрабатывать более деликатные предметы, например продукты питания, не раздавливая их. Когда исследователи тестировали захваты с балками под углом 90 или 120 градусов, захвату требовалось гораздо больше усилий, чтобы поднять предмет.
Новые захваты также улучшили походку роботов. Столкнувшись с неровными поверхностями, такими как камни, или круглыми, например, с трубами, по которым можно пройти, роботы могли ориентироваться в ситуации без сложного управления. Захваты напоминают ласты, которые легко огибают поверхность, по которой ходит робот.
Команда исследователей Манунпонга была вдохновлена подушечками для прикрепления насекомых, но они не единственные исследователи, которые обращаются к природе для достижения прогресса в робототехнике.
В декабре 2020 года исследователи из инженерного колледжа Университета Джорджии разработали роботизированный захват, вдохновленный бобовыми шестами. Эти мягкие захваты требуют только одного пневматического управления, что упрощает работу. Захват также имел оптоволоконный датчик в эластичном корешке робота, который мог определять поднимаемый предмет и любые внешние помехи.
«Мы пробовали разные варианты дизайна, но результаты нас не удовлетворили, и я вспомнила о бобах, которые выращивала в нашем саду несколько лет назад. Это растение может так крепко держаться за другие растения или веревку. Итак, я провела небольшое исследование вьющихся растений и подумала, что это хороший дизайн от природы, который мы можем изучить»
В ноябре 2020 года исследователи из UNSW Sydney (Университет Нового Южного Уэльса) создали захват, вдохновленный хоботом слона. Этот захват из мягкой ткани был разработан для работы с тяжелыми и хрупкими предметами.
Исследователи утверждали, что универсальная технология может широко применяться в секторах, где обрабатываются хрупкие предметы, таких как сельское хозяйство, пищевая промышленность, а также в науке и разведке ресурсов — даже для операций по спасению людей или личных вспомогательных устройств.
Доктор Тхань Нхо До рассказал: «Наш новый захват из мягкой ткани тонкий, плоский, легкий и может захватывать и извлекать различные предметы — даже из ограниченных полостей — например, ручку внутри трубки. Это устройство также имеет усовершенствованный датчик силы в реальном времени, который в 15 раз более чувствителен, чем традиционные конструкции, и определяет силу захвата, необходимую для предотвращения повреждения объектов, с которыми оно работает. Существует также термически активируемый механизм, который может изменять корпус захвата с гибкого на жесткий и наоборот, позволяя ему захватывать и удерживать предметы различной формы и веса — до 220 раз тяжелее, чем масса захвата».
Команда из Оденса протестировала свою модель захвата, используя только мягкие захваты. Их следующая задача — сделать его достаточно сильным, чтобы справиться с более суровыми условиями.
«Конструкции стопы и захвата робота, совместимые с различными механическими решениями, были разработаны для улучшения правильного формирования контакта и захвата на различных основаниях. Структура Fin Ray — одно из решений. Хотя уже был предложен и использован эффект Fin Ray, подробных исследований влияния различных углов перекладины внутри его рамки не проводилось», — говорится в исследовании.
По словам ученых, учитывая такие факторы, как большая площадь контакта, высокая энергоэффективность и лучшая долговечность, модель Fin Ray с нестандартными перекладинами с наклоном 10 градусов обеспечивает лучший компромисс по сравнению с другими моделями в пределах ограничений определенных геометрических параметров.
