Gli ingegneri progettano una mano umanoide per afferrare oggetti fragili

Un team di ingegneri dell’Università del Michigan ha progettato e sviluppato una mano umanoide in grado di eseguire compiti delicati molto meglio rispetto a quelle tradizionalmente utilizzate. La nuova mano robotica può gestire oggetti fragili, leggeri e di forma irregolare.

I robot nell’ambiente industriale

L’ambiente industriale è una delle aree più colpite dagli sviluppi della robotica, poiché la tecnologia viene spesso utilizzata per il grasping e il controllo ripetitivo di oggetti.

La zona del robot in cui si troverebbe una mano umana è chiamata end effector o gripper, e questo è stato l’oggetto della nuova ricerca, pubblicata su Soft Robotics e intitolata “Mani umanoidi morbide con grande forza di grasping abilitata da attuatori pneumatici ibridi flessibili.”

Changyong Cao è stato l’autore principale e è il direttore del Laboratorio per Macchine e Elettronica Morbide alla MSU. Cao è anche professore assistente in Confezionamento, Ingegneria Meccanica e Ingegneria Elettrica e Informatica.

“La nuova progettazione della mano umanoide è un gripper morbido-duro flessibile. Può generare una forza di grasping più grande rispetto a una mano morbida pura tradizionale e allo stesso tempo essere più stabile per la manipolazione precisa rispetto ad altri utilizzi per oggetti più pesanti,” ha detto Cao.

Gripper a mano morbida

I gripper a mano morbida vengono normalmente utilizzati quando un oggetto è fragile, leggero e di forma irregolare. Tuttavia, hanno molti svantaggi, tra cui superfici taglienti, scarsa stabilità di grasping quando si mirano carichi sbilanciati e una forza di grasping più debole per carichi pesanti.

Cao e il suo team hanno guardato alle interazioni uomo-ambiente, tra cui la raccolta di frutta e le cure mediche sensibili, quando hanno progettato la nuova mano umanoide. Hanno determinato che la maggior parte dei sistemi di grasping non sono efficaci nelle aree in cui sono più necessari, come i compiti che richiedono un’interazione ferma con oggetti fragili.

Secondo il team, il prototipo ha dimostrato un gripper reattivo, veloce e leggero in grado di gestire vari compiti.

Le diverse dita della mano umanoide morbida sono realizzate con un attuatore pneumatico ibrido flessibile, anche chiamato FHPA, e la loro flessione è controllata dall’aria compressa. Questo processo consente a ogni dito di essere controllato in modo indipendente dagli altri.

“I gripper rigidi tradizionali per applicazioni industriali sono generalmente realizzati con strutture rigide semplici ma affidabili che aiutano a generare grandi forze, alta precisione e ripetibilità,” ha detto Cao. “La mano umanoide morbida proposta ha dimostrato un’eccellente adattabilità e compatibilità nel grasping di oggetti a forma complessa e fragili, mantenendo allo stesso tempo un alto livello di rigidità per esercitare forze di chiusura forti per sollevare carichi pesanti.”

L’FHPA

L’FHPA è composto da componenti rigidi e morbidi.

“Essi combinano i vantaggi della deformabilità, adattabilità e compliance dei gripper morbidi, mantenendo la grande forza di output originata dalla rigidità dell’attuatore,” ha detto Cao.

Secondo Cao, la nuova mano umanoide potrebbe essere utilizzata in compiti come la raccolta di frutta, il confezionamento automatico, le cure mediche e la robotica chirurgica.

Il team cercherà ora di combinare il lavoro con gli sviluppi precedenti di Cao, che includono “gripper intelligenti”. Vorrebbero anche integrare sensori stampati nel materiale di grasping e combinare il gripper ibrido con modelli di “braccia morbide”, che porterebbero a una rappresentazione più precisa delle azioni umane tra i robot.