Ingenieure nutzen die Natur, um einen weichen Roboter-Greifer zu entwickeln

Ingenieure von der University of Georgia haben dem immer häufiger werdenden Muster gefolgt, auf die Natur zurückzugreifen, um Robotik zu entwickeln. Während es oft Tiermerkmale in der Natur wie Octopus-Arme sind, betraf dieser Fall das Team, das sich an Stangenbohnen wandte, um einen weichen Roboter-Greifer zu entwickeln.

Die inspirierendsten Merkmale der Stangenbohnen und anderer twining-Pflanzen für die Forscher waren ihre berührungsempfindlichen Triebe, die zum Umschlingen von Stützen verwendet werden. Der von dem UGA-Team entwickelte Roboter kann sich auf ähnliche Weise verhalten und greift Objekte fest, aber sanft, bis hinunter zu einem Durchmesser von einem Millimeter.

Mable Fok ist Associate Professor und Leiter der Studie.

“Wir haben verschiedene Designs ausprobiert, aber wir waren nicht zufrieden mit den Ergebnissen, dann erinnerte ich mich an die Stangenbohnen, die ich vor einigen Jahren in unserem Garten angebaut habe”, sagte Fok. “Diese Pflanze kann sich so fest an andere Pflanzen oder Seile halten. Also habe ich einige Recherchen über twining-Pflanzen durchgeführt und dachte, es wäre ein gutes Design aus der Natur, das wir erforschen könnten.”

Die neue Studie wurde im Journal Optics Express veröffentlicht.

Das Team bestand auch aus Mei Yang und Ning Liu, Ph.D.-Kandidaten in Ingenieurwesen; Liam Paul Cooper, der ein Undergraduate-Studium in Computer-System-Ingenieurwesen absolviert; und Xianqiao Wang, Associate Professor am College of Engineering. 

“Unser Roboters Twining-Aktion erfordert nur eine einzige pneumatische Steuerung, was den Betrieb stark vereinfacht, indem es die Notwendigkeit für komplexe Koordination zwischen mehreren pneumatischen Steuerungen eliminiert”, fuhr Fok fort. “Da wir eine einzigartige Twining-Bewegung verwenden, funktioniert der weiche Roboter-Greifer gut in beengten Räumen und benötigt nur einen kleinen Betriebsraum.”

Das Roboter-Gerät

Ein weiteres einzigartiges Merkmal des UGA-Geräts ist ein eingebetteter Sensor, der kritische Echtzeit-Rückmeldung liefert, was es von anderen Robotern auf dem Markt abhebt.

“Wir haben einen Faseroptik-Sensor in der Mitte des Roboters elastischen Rückgrats eingebettet, der den Twining-Winkel, die physikalischen Parameter des Ziels und alle externen Störungen, die das Ziel loslassen könnten, erkennen kann”, sagte Fok.

Der weiche Roboter-Greifer ist slightly über drei Zoll lang und besteht aus Silikon. Die Forscher glauben, dass er in Branchen wie Landwirtschaft, Medizin und Forschung eingesetzt werden könnte. Spezifische Anwendungen umfassen die Verpackung landwirtschaftlicher Produkte wie Pflanzen, die empfindlich sind, chirurgische Robotik und die Handhabung von Forschungsproben in Glaskolben.

Die Studie demonstrierte die Wirksamkeit des weichen Roboter-Greifers beim Greifen von Objekten wie Stiften und Pinseln. Er konnte mit einem Gegenstand arbeiten, der so klein war wie ein dünner Draht auf einer gestreckten Büroklammer. Neben seiner Wirksamkeit hat das Gerät eine hervorragende Wiederholbarkeit, eine hohe Twining-Genauigkeit und eine präzise externe Störungserkennung.

Das Team wird nun daran arbeiten, die automatische Rückmeldungskontrolle zu verbessern, die die Faseroptik-Sensor-Lesungen liefern wird. Sie werden auch versuchen, das Design zu miniaturisieren, um es als biomedizinisches Gerät einsetzbar zu machen.

“Dieser Twining-Weich-Roboter mit seinem eingebetteten Faseroptik-Sensor bildet ein Grundelement für einen umfassenderen Weich-Roboter. Ein einfacheres Design und eine einfache Steuerung sind definitiv ein Vorteil”, sagte Fok.