Forscher entwickeln einen weichen, octopus-inspirierten 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 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 Texturen 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 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 University und Co-Erstautor 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 mehrerer Greifer erfordern würden.”

Die Forschung wurde in Soft Robotics veröffentlicht.

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

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

“Wir haben die allgemeine Struktur und Verteilung dieser Saugnäpfe für unsere weichen Aktoren nachgebildet”, sagte Xie. “Obwohl unser Design viel einfacher ist als sein biologisches Gegenstück, können diese vakuum-basierten 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 für das 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 dazu zu bringen, sich an einem Objekt zu heften, es zu umwickeln und es loszulassen.

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

Katia Bertoldi ist Co-Hauptautorin der Studie und die William-und-Ami-Kuan-Danoff-Professorin für Angewandte Mechanik und SEAS.

“Die Ergebnisse unserer Studie liefern nicht nur neue Erkenntnisse für die Entwicklung von nächsten Generationen weicher Roboter-Aktoren 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.