Ingenieurs ontwikkelen zachte robotische hand die Nintendo kan spelen

Onderzoekers en ingenieurs van de University of Maryland hebben een 3D-geprinte zachte robotische hand gemaakt die Nintendo’s Super Mario Bros. kan spelen.

In een ongelooflijke vooruitgang in de behendigheid van robotarmen, werd het onderzoek gepresenteerd in Science Advances.

Het veld van zachte robotica richt zich op flexibele en opblaasbare robots die worden aangedreven door water of lucht, terwijl traditionele robots worden aangedreven door elektriciteit. Er is een groeiende interesse in zachte robotica vanwege hun veiligheid en aanpasbaarheid, wat heeft geleid tot hun veelvuldig gebruik in prothesen en medische apparaten. Echter, tot het nieuwe onderzoek, was het moeilijk om de vloeistoffen te controleren die de robots in staat stellen te buigen en te bewegen.

Het onderzoeksteam werd geleid door Ryan D. Sochol, assistent-professor mechanische techniek aan de University of Maryland. De grote doorbraak van het team kwam toen ze in staat waren om 3D-geprinte zachte robots met geïntegreerde vloeistofcircuits te maken, en dit alles kon in één enkele stap worden gedaan.

Joshua Hubbard is co-first author.

“Vroeger had elke vinger van een zachte robotarm meestal zijn eigen bedieningslijn nodig, wat de draagbaarheid en bruikbaarheid kan beperken”, legt Hubbard uit. “Maar door de zachte robotarm met onze geïntegreerde vloeistoftransistors te 3D-printen, kan hij Nintendo spelen op basis van slechts één drukinput.”

Afbeelding: University of Maryland

De robot demonstreren

Het team demonstreerde de zachte robotarm door een geïntegreerde vloeistofcircuit te ontwerpen dat het in staat stelde om te reageren op een enkele bedieningsdruk. Door een lage druk toe te passen, konden ze de eerste vinger de Nintendo-controller laten indrukken om Mario te laten lopen. Door een hoge druk toe te passen, zou Mario springen.

De hand vertrouwde op een vast programma dat automatisch schakelde tussen uit, laag, medium en hoog druk, en het kon de Nintendo-controller succesvol bedienen en het eerste niveau van het spel voltooien in minder dan 90 seconden.

Ruben Acevedo is een recent afgestudeerde PhD en co-first author van de studie.

“Onlangs hebben verschillende groepen geprobeerd om vloeistofcircuits te gebruiken om de autonomie van zachte robots te verbeteren”, zei Acevedo, “maar de methoden voor het bouwen en integreren van die vloeistofcircuits met de robots kunnen dagen tot weken duren, met een hoge mate van handmatige arbeid en technische vaardigheid.”

3D-printen

Het team vertrouwde op “PolyJet 3D-printen”, dat veel lagen van multi-materiaal ‘inkten’ bovenop elkaar in 3D heeft.

Kristen Edwards is co-auteur van de studie.

“Binnen de spanne van één dag en met minimale arbeid, kunnen onderzoekers nu van het starten van een 3D-printer naar het hebben van complete zachte robots – inclusief alle zachte actuatoren, vloeistofcircuit-elementen en lichaamskenmerken – klaar voor gebruik”, zei Edwards

Het kiezen van Mario was niet alleen een beslissing op basis van plezier, maar het diende ook als een nauwkeurige manier om de behendigheid van de hand te meten. De timing en het niveau van het videospel zijn al vastgesteld, met één fout die het spel beëindigt. Dit bood een nieuwe manier om de robot te evalueren.

Andere onderzoeksvooruitgang en open toegang

Het onderzoeksrapport van het team beschreef ook zachte robots geïnspireerd door schildpadden, die allemaal werden geprint bij de Terrapin Works 3D Printing Hub van de UMD.

De strategie van het team is ook open source, en het artikel is open toegang voor iedereen om te lezen. Het team heeft ook een link naar hun aanvullende materialen op GitHub geplaatst, en deze bevat alle elektronische ontwerpbestanden.

“We delen alle onze ontwerpbestanden vrijelijk, zodat iedereen ze kan downloaden, aanpassen en 3D-printen – ofwel met hun eigen printer of via een printdienst zoals de onze – alle zachte robots en vloeistofcircuit-elementen uit ons werk”, zei Sochol. “Het is onze hoop dat deze open-source 3D-printstrategie de toegankelijkheid, verspreiding, reproduceerbaarheid en adoptie van zachte robots met geïntegreerde vloeistofcircuits zal verbreden en op die manier de vooruitgang in het veld zal versnellen.”

Het team kijkt nu naar de manier waarop hun techniek kan worden gebruikt voor biomedische toepassingen zoals revalidatieapparaten, chirurgische instrumenten en aanpasbare prothesen.