Μηχανικοί Σχεδιάζουν Ανθρωποειδή Χέρι για τη Συγκράτηση Εύθραυστων Αντικειμένων

Μια ομάδα μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν έχει σχεδιάσει και αναπτύξει ένα ανθρωποειδές χέρι που είναι πολύ καλύτερο στην εκτέλεση λεπτών εργασιών σε σύγκριση με αυτά που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά. Το νέο ρομποτικό χέρι μπορεί να χειριστεί αντικείμενα που είναι εύθραυστα, ελαφριά και με ιρρεгуλάρειδες σχήματα.

Ρομπότ στο Βιομηχανικό Περιβάλλον

Το βιομηχανικό περιβάλλον είναι μια από τις περιοχές που επηρεάζονται περισσότερο από τις εξελίξεις στη ρομποτική, καθώς η τεχνολογία χρησιμοποιείται συχνά για την επαναλαμβανόμενη σύλληψη και έλεγχο αντικειμένων.

Η περιοχή του ρομπότ όπου βρίσκεται το ανθρώπινο χέρι ονομάζεται τελικός效ector ή gripper, και αυτό ήταν το σημείο εστίασης της νέας έρευνας, η οποία δημοσιεύθηκε στο Soft Robotics και έχει τον τίτλο “Ανθρωποειδή Χέρια με Μεγάλη Δύναμη Συγκράτησης που Ενεργοποιούνται από Ελαστικά Υβριδικά Πνευματικά Εκκινητές.”

Ο Changyong Cao ήταν ο κύριος συγγραφέας και είναι ο διευθυντής του Εργαστηρίου για Μαλακά Μηχανήματα και Ηλεκτρονική στο MSU. Ο Cao είναι επίσης βοηθός καθηγητής στο Τμήμα Συσκευασίας, Μηχανικής και Ηλεκτρονικής.

“Το καινούριο ανθρωποειδές χέρι είναι ένα μαλακό-σκληρό ελαστικό gripper. Μπορεί να παράγει μεγαλύτερη δύναμη συγκράτησης από ένα παραδοσιακό μαλακό χέρι, και ταυτόχρονα να είναι πιο σταθερό για ακριβή χειρισμό από άλλα αντίστοιχα που χρησιμοποιούνται για βαρύτερα αντικείμενα,” είπε ο Cao.

Μαλακά Χέρια Συγκράτησης

Τα μαλακά χέρια συγκράτησης χρησιμοποιούνται συνήθως όταν ένα αντικείμενο είναι εύθραυστο, ελαφρύ και με ιρρεгуλάρειδες σχήματα. Ωστόσο, έχουν πολλά μειονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένων οξυών επιφανειών, κακής σταθερότητας συγκράτησης όταν στοχεύονται ασταθές φορτία, και μιας ασθενέστερης δύναμης συγκράτησης για βαρύτερα φορτία.

Ο Cao και η ομάδα του έστρεψαν την προσοχή τους στις αλληλεπιδράσεις ανθρώπου-περιβάλλοντος, συμπεριλαμβανομένης της συγκομιδής φρούτων και της ευαίσθητης ιατρικής φροντίδας, κατά τη σχεδίαση του νέου ανθρωποειδούς χεριού. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα περισσότερα συστήματα συγκράτησης δεν είναι αποτελεσματικά στις περιοχές όπου είναι πιο απαραίτητα, όπως οι εργασίες που απαιτούν στενή αλληλεπίδραση με εύθραυστα αντικείμενα.

Σύμφωνα με την ομάδα, το πρωτότυπο έδειξε ένα ανταποκρινόμενο, γρήγορο και ελαφρύ χέρι που μπορούσε να χειριστεί διάφορες εργασίες.

Τα διαφορετικά δάχτυλα στο μαλακό ανθρωποειδές χέρι είναι κατασκευασμένα από ένα ελαστικό υβριδικό πνευματικό εκκινητή, επίσης γνωστό ως FHPA, και η κάμψη τους ελέγχεται από πιεσμένο αέρα. Αυτή η διαδικασία οδηγεί στο ότι κάθε δάκτυλο μπορεί να ελεγχθεί ανεξάρτητα από τα άλλα.

“Τα παραδοσιακά σκληρά χέρια για βιομηχανικές εφαρμογές είναι γενικά κατασκευασμένα από απλές αλλά αξιόπιστες σκληρές δομές που βοηθούν στην παραγωγή μεγάλων δυνάμεων, υψηλής ακρίβειας και επαναληψιμότητας,” είπε ο Cao. “Το προτεινόμενο μαλακό ανθρωποειδές χέρι έχει αποδείξει εξαιρετική προσαρμοστικότητα και συμβατότητα στη συγκράτηση αντικειμένων με σύνθετα σχήματα και εύθραυστα αντικείμενα, ενώ ταυτόχρονα διατηρεί υψηλό επίπεδο σκληρότητας για την άσκηση ισχυρών δυνάμεων για την ανύψωση βαρέων φορτίων.”

Το FHPA

Το FHPA αποτελείται από σκληρά και μαλακά συστατικά.

“Συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα της παραμορφωσιμότητας, της προσαρμοστικότητας και της συμμόρφωσης των μαλακών χεριών ενώ διατηρούν τη μεγάλη έξοδο δύναμης που προέρχεται από τη σκληρότητα του εκκινητή,” είπε ο Cao.

Σύμφωνα με τον Cao, το καινούριο ανθρωποειδές χέρι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε εργασίες όπως η συγκομιδή φρούτων, η αυτοματοποιημένη συσκευασία, η ιατρική φροντίδα και η χειρουργική ρομποτική.

Η ομάδα θα συνδυάσει τώρα το έργο με τις προηγούμενες εξελίξεις του Cao, οι οποίες περιλαμβάνουν “έξυπνα” χέρια. Θέλουν επίσης να ενσωματώσουν τυπωμένους αισθητήρες στο υλικό συγκράτησης και να συνδυάσουν το υβριδικό χέρι με μοντέλα “μαλακών βραχιόνων”, τα οποία θα οδηγούσαν σε μια πιο ακριβή αναπαράσταση των ανθρώπινων ενεργειών μεταξύ των ρομπότ.