Ingenieure entwickeln weiche Roboterhand, die Nintendo spielen kann

Forscher und Ingenieure an der University of Maryland haben eine 3D-gedruckte weiche Roboterhand entwickelt, die Nintendo’s Super Mario Bros. spielen kann.

In einer unglaublichen Weiterentwicklung der Agilität von Roboterhänden wurde die Forschung in Science Advances präsentiert.

Das Feld der weichen Robotik konzentriert sich auf flexible und aufblasbare Roboter, die mit Wasser oder Luft angetrieben werden, während herkömmliche Roboter durch Elektrizität angetrieben werden. Es gibt ein gesteigertes Interesse an weicher Robotik aufgrund ihrer Sicherheit und Anpassungsfähigkeit, was dazu geführt hat, dass sie oft für Prothesen und medizinische Geräte verwendet werden. Allerdings war es bis zur neuen Forschung schwierig, die Flüssigkeiten zu kontrollieren, die es den Robotern ermöglichen, sich zu biegen und zu bewegen.

Das Forschungsteam wurde von Ryan D. Sochol, Assistant Professor für Maschinenbau an der University of Maryland, geleitet. Der große Durchbruch des Teams kam, als sie in der Lage waren, vollständig montierte weiche Roboter mit integrierten fluidischen Schaltkreisen in 3D zu drucken, und all dies konnte in einem einzigen Schritt durchgeführt werden.

Joshua Hubbard ist Co-Erster Autor.

“Bisher benötigte jeder Finger einer weichen Roboterhand normalerweise seine eigene Steuerleitung, was die Portabilität und Nützlichkeit einschränken kann”, erklärt Hubbard. “Aber indem wir die weiche Roboterhand mit unseren integrierten fluidischen Transistoren in 3D drucken, kann sie aufgrund nur eines Druckeintrags Nintendo spielen.”

Bild: University of Maryland

Demonstration des Roboters

Das Team demonstrierte die weiche Roboterhand, indem es einen integrierten fluidischen Schaltkreis entwarf, der es ermöglichte, auf einen einzigen Steuerdruck zu reagieren. Durch Anwendung eines niedrigen Drucks konnte das Team den ersten Finger drücken, um Mario gehen zu lassen. Durch Anwendung eines hohen Drucks sprang Mario.

Die Hand verließ sich auf ein festes Programm, das automatisch zwischen aus, niedrig, mittel und hoch wechselte, und es war in der Lage, den Nintendo-Controller erfolgreich zu bedienen und das erste Level des Spiels in weniger als 90 Sekunden abzuschließen.

Ruben Acevedo ist ein kürzlich promovierter Ph.D. und Co-Erster Autor der Studie.

“Kürzlich haben mehrere Gruppen versucht, fluidische Schaltkreise zu nutzen, um die Autonomie von weichen Robotern zu verbessern”, sagte Acevedo, “aber die Methoden zum Bau und zur Integration dieser fluidischen Schaltkreise mit den Robotern können Tage bis Wochen dauern, mit einem hohen Grad an manueller Arbeit und technischer Fähigkeit.”

3D-Drucken

Das Team verließ sich auf “PolyJet 3D-Drucken”, das viele Schichten von Multi-Material-“Tinten” aufeinander in 3D stapelt.

Kristen Edwards ist Co-Autor der Studie.

“Innerhalb von einem Tag und mit geringer Arbeitsleistung können Forscher jetzt von der Starttaste eines 3D-Druckers bis hin zu vollständigen weichen Robotern – einschließlich aller weichen Aktuatoren, fluidischer Schaltkreiselemente und Körpermerkmale – gehen, die bereit zur Verwendung sind”, sagte Edwards.

Die Wahl von Mario war nicht nur eine Entscheidung aufgrund von Spaß, sondern diente auch als genaue Methode, um die Agilität der Hand zu messen. Die Zeit und die Level des Videospiels sind bereits etabliert, mit einem einzigen Fehler, der das Spiel beendet. Dies bot eine neue Möglichkeit, den Roboter zu bewerten.

Andere Forschungsfortschritte und Open Access

Die Forschungsarbeit des Teams beschrieb auch weiche Roboter, inspiriert von Schildkröten, die alle im 3D-Druck-Hub von UMD gedruckt wurden.

Die Strategie des Teams ist auch Open-Source, und die Arbeit ist Open-Access für jeden, der sie lesen möchte. Das Team hat auch seine ergänzenden Materialien auf GitHub verknüpft, und es enthält alle elektronischen Design-Dateien.

“Wir teilen alle unsere Design-Dateien kostenlos, damit jeder sie herunterladen, bei Bedarf ändern und mit seinem eigenen Drucker oder über einen Druckdienst wie uns 3D-drucken kann – alle weichen Roboter und fluidischen Schaltkreiselemente aus unserer Arbeit”, sagte Sochol. “Es ist unsere Hoffnung, dass diese Open-Source-3D-Druckstrategie die Zugänglichkeit, Verbreitung, Reproduzierbarkeit und Übernahme von weichen Robotern mit integrierten fluidischen Schaltkreisen erweitern und somit den Fortschritt in diesem Bereich beschleunigen wird.”

Das Team untersucht nun, wie ihre Technik für biomedizinische Anwendungen wie Rehabilitationseinrichtungen, chirurgische Instrumente und anpassbare Prothesen verwendet werden kann.