Ingenieure entwickeln weiche Roboterhand, die Nintendo spielen kann

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

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

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 einem einzigen Schritt zu 3D-drucken.

Joshua Hubbard ist Co-Erster Autor.

“Bisher benötigte jeder Finger einer weich-robotischen Hand normalerweise seine eigene Steuerleitung, was die Portabilität und Nützlichkeit einschränken kann”, erklärt Hubbard. “Aber indem wir die weich-robotische Hand mit unseren integrierten fluidischen Transistoren 3D-druckten, kann sie Nintendo aufgrund nur einer Druckeingabe spielen.”

Bild: University of Maryland

Demonstration des Roboters

Das Team demonstrierte die weich-robotische Hand, indem es einen integrierten fluidischen Schaltkreis entwarf, der es ermöglichte, auf eine einzelne Steuerdruck zu reagieren. Durch Anwendung eines niedrigen Drucks konnte das Team den ersten Finger auf die Nintendo-Steuerung drücken, um Mario gehen zu lassen. Durch Anwendung eines hohen Drucks würde Mario springen.

Die Hand verließ sich auf ein festes Programm, das automatisch zwischen aus, niedrig, mittel und hoch wechselte und es schaffte, die Nintendo-Steuerung erfolgreich zu bedienen und das erste Level des Spiels in weniger als 90 Sekunden zu absolvieren.

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 Fertigkeit.”

3D-Drucken

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

Kristen Edwards ist Co-Autor der Studie.

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

Die Wahl von Mario war nicht nur eine Entscheidung aufgrund von Spaß, sondern diente auch als genaue Möglichkeit, 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

Der Forschungsbericht des Teams beschrieb auch weiche Roboter, inspiriert von der Schildkröte, die alle im Terrapin Works 3D-Druckzentrum der UMD gedruckt wurden.

Die Strategie des Teams ist auch Open Source, und der Bericht ist Open Access für jeden lesbar. Das Team hat auch seine ergänzenden Materialien auf GitHub verknüpft und enthält alle elektronischen Design-Dateien.

“Wir teilen alle unsere Design-Dateien kostenlos, damit jeder sie leicht herunterladen, auf Anfrage ändern und 3D-drucken kann – entweder mit seinem eigenen Drucker oder durch einen Druckdienst wie uns – 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 die Weiterentwicklung auf dem Gebiet beschleunigen wird.”

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