Forscher entwickeln octopus-inspirierten weichen Roboterarm

Forscher an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und der Beihang University haben einen weichen Roboterarm auf Basis eines Octopus entwickelt. Er kann greifen, bewegen und manipulieren eine Vielzahl von verschiedenen Objekten mit seinem flexiblen und kegeligen Design. Der Roboterarm besteht aus Saugnäpfen, die ihm helfen, einen festeren Griff zu haben, wenn er Objekte von verschiedenen Formen, Größen und Oberflächen greift. 

Die neue Entwicklung ist ein weiteres Beispiel für Robotik, die auf der Natur basiert. Bei einem Octopus befinden sich zwei Drittel der Neuronen in seinen Armen, was jeden Arm im Wesentlichen unabhängig macht. Die Arme eines Octopus sind in der Lage, Knoten zu lösen, kindersichere Flaschen zu öffnen und sich um Beute von verschiedenen Formen und Größen zu wickeln. Einer der beeindruckendsten Aspekte der Arme sind die Saugnäpfe, die starke Dichtungen auf rauen Oberflächen unter Wasser bilden können. 

August Domel ist ein kürzlich promovierter Ph.D.-Absolvent der Harvard und Co-Erster Autor des Papiers. 

“Die meisten vorherigen Forschungen über octopus-inspirierte Roboter konzentrierten sich entweder auf die Nachbildung des Saugens oder der Bewegung des Arms, aber nicht beides”, sagte Domel. “Unsere Forschung ist die erste, die die kegeligen Winkel der Arme und die kombinierten Funktionen von Biegen und Saugen quantifiziert, was es ermöglicht, einen einzigen kleinen Greifer für eine breite Palette von Objekten zu verwenden, die sonst die Verwendung von mehreren Greifern erfordern würden.”

Die Forschung wurde in Soft Robotics veröffentlicht. 

https://www.youtube.com/watch?v=8IXncY4L_nc&feature=emb_title

Der erste Schritt, den die Forscher unternommen haben, bestand darin, den kegeligen Winkel von echten Octopus-Armen zu studieren. Sie haben dann herausgefunden, welches Design am besten für einen weichen Roboter geeignet wäre, um Objekte zu biegen und zu greifen. Das Team studierte die Anordnung und Struktur der Saugnäpfe und fand eine Möglichkeit, sie in das neue Design einzubauen. 

Zhexin Xie ist Co-Erster Autor und Ph.D.-Student an der Beihang University. Er ist der Co-Erfinder des Festo Tentacle Grippers. Es ist die erste vollständig integrierte Umsetzung seiner Art in einem kommerziellen Prototyp.

“Wir haben die allgemeine Struktur und Verteilung dieser Saugnäpfe für unsere weichen Aktuatoren nachgebildet”, sagte Xie. “Obwohl unser Design viel einfacher ist als sein biologisches Gegenstück, können diese vakuumgestützten biomimetischen Saugnäpfe sich an fast jedes Objekt heften.”

Der weiche Roboterarm wird von den Forschern mit zwei Ventilen gesteuert. Ein Ventil wird verwendet, um Druck zum Biegen des Arms anzuwenden, und das andere für einen Vakuum, der die Saugnäpfe aktiviert. Die Forscher können den Druck und das Vakuum ändern, um den Arm zu bewegen, sich um ein Objekt zu wickeln und es loszulassen. 

Das Gerät wurde von den Forschern erfolgreich an verschiedenen Objekten getestet, darunter dünne Plastikfolien, Kaffeetassen, Reagenzgläser, Eier und lebende Krabben. Aufgrund des kegeligen Designs konnte der weiche Roboterarm in begrenzten Räumen operieren, um Objekte zu greifen.

Katia Bertoldi ist Co-Senior-Autorin der Studie und der William und Ami Kuan Danoff Professor of Applied Mechanics und SEAS. 

“Die Ergebnisse unserer Studie liefern nicht nur neue Erkenntnisse für die Entwicklung von nächster Generation von weichen Roboter-Aktuatoren für das Greifen einer breiten Palette von morphologisch vielfältigen Objekten, sondern tragen auch zu unserem Verständnis der funktionellen Bedeutung der Variabilität des Arm-Keilwinkels bei Octopus-Arten bei”, sagte Bertoldi.