Vísindamenn þróa mjúkan vélfæraarm innblásinn af kolkrabba

Vísindamenn við Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og Beihang University hafa þróað mjúkan vélfæraarm sem byggir á kolkrabba. Það getur gripið, hreyft og meðhöndlað fjölda mismunandi hluta með sveigjanlegri og mjókkandi hönnun. Vélmennaarmurinn samanstendur af sogskálum sem hjálpa honum að ná þéttari tökum þegar hann grípur um hluti af ýmsum stærðum, stærðum og áferð. 

Nýja þróunin er annað dæmi um vélfærafræði sem byggir á náttúrunni. Í kolkrabba eru tveir þriðju hlutar taugafrumna staðsettir í handleggjum hans, sem gerir hverja og eina sjálfstæða. Handleggir kolkrabba eru færir um að leysa hnúta, opna barnaheldar flöskur og vefja um bráð af ýmsum stærðum og gerðum. Einn af áhrifamestu hliðunum á handleggjunum eru sogarnir, sem geta myndað sterka innsigli á gróft yfirborð neðansjávar. 

August Domel er nýlegur doktor. útskrifaðist frá Harvard og annar fyrsti höfundur blaðsins. 

„Flestar fyrri rannsóknir á vélmenni sem eru innblásin af kolkrabba beindust annað hvort að því að líkja eftir soginu eða hreyfingu handleggsins, en ekki hvort tveggja,“ sagði Domel. „Rannsóknir okkar eru þær fyrstu til að mæla mjókkandi horn handleggjanna og sameinaða eiginleika beygju og sog, sem gerir kleift að nota einn lítinn grip fyrir fjölbreytt úrval af hlutum sem annars myndi krefjast notkunar margra gripa.

Rannsóknin var birt árið Mjúk vélfærafræði. 

Fyrsta skrefið sem rannsakendur tóku var að rannsaka mjókkandi horn á alvöru kolkrabbahandleggjum. Þeir fundu síðan út hvaða hönnun væri best fyrir mjúkan vélmenni til að beygja og grípa hluti. Teymið rannsakaði útlit og uppbyggingu sogskálanna og fann leið til að fella þær inn í nýju hönnunina. 

Zhexin Xie er annar fyrsti höfundur og Ph.D. Stundaði nám við Beihang University Hann er meðfinnandi Festo Tentacle Gripper. Þetta er fyrsta fullkomlega samþætta útfærslan sinnar tegundar í frumgerð í atvinnuskyni.

„Við líktum eftir almennri uppbyggingu og dreifingu þessara sogskála fyrir mjúku stýrisbúnaðinn okkar,“ sagði Xie. „Þrátt fyrir að hönnun okkar sé miklu einfaldari en líffræðileg hliðstæða hennar, þá geta þessir lofttæmandi lífræna sogskálar festst við næstum hvaða hlut sem er.

Mjúka vélfæraarminum er stjórnað af rannsakendum með tveimur lokum. Einn loki er notaður til að beita þrýstingi til að beygja handlegginn og hinn er fyrir lofttæmi sem tengist sogunum. Rannsakendur geta breytt þrýstingi og lofttæmi til að fá handlegginn til að festast við hlut, vefja um hann og losa hann. 

Tækið var prófað með góðum árangri af vísindamönnum á ýmsum mismunandi hlutum, þar á meðal þunnum plastdúkum, kaffikrúsum, tilraunaglösum, eggjum og lifandi krabba. Vegna mjókkandi hönnunarinnar gat mjúki vélfærahandleggurinn starfað í lokuðu rými til að sækja hluti.

Katia Bertoldi er annar höfundur rannsóknarinnar og William og Ami Kuan Danoff prófessor í hagnýtri aflfræði og SEAS. 

„Niðurstöðurnar úr rannsókninni okkar veita ekki aðeins nýja innsýn í gerð næstu kynslóðar mjúkra vélfærastýringa til að grípa í margs konar formfræðilega fjölbreytta hluti, heldur stuðla einnig að skilningi okkar á hagnýtri þýðingu breytileika armsmýrandi horns milli kolkrabbategunda, “ sagði Bertoldi.