Onderzoekers ontwikkelen octopus-geïnspireerde zachte robotarm

Onderzoekers aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en Beihang University hebben een zachte robotarm ontwikkeld op basis van een octopus. Het kan grijpen, bewegen en manipuleren van een reeks verschillende objecten met zijn flexibele en getapte ontwerp. De robotarm bestaat uit zuignappen die helpen om een steviger greep te hebben wanneer objecten van verschillende vormen, maten en texturen worden gegrepen. 

De nieuwe ontwikkeling is nog een voorbeeld van robotica die op de natuur is gebaseerd. Bij een octopus bevinden twee derde van de neuronen zich in zijn armen, waardoor elke arm onafhankelijk is. De armen van een octopus zijn in staat om knopen los te maken, kinderveilige flessen te openen en zich om prooi van verschillende vormen en maten te wikkelen. Een van de meest indrukwekkende aspecten van de armen zijn de zuignappen, die sterke afdichtingen kunnen vormen op ruwe oppervlakken onder water. 

August Domel is een recent afgestudeerde Ph.D. van Harvard en co-first auteur van het artikel. 

“De meeste eerdere onderzoeken naar octopus-geïnspireerde robots richtten zich op het nabootsen van de zuigkracht of de beweging van de arm, maar niet op beide,” zei Domel. “Ons onderzoek is het eerste dat de tapsheidshoeken van de armen en de gecombineerde functies van buigen en zuigen kwantificeert, waardoor een enkele kleine grijper kan worden gebruikt voor een breed scala aan objecten die anders het gebruik van meerdere grippers zouden vereisen.”

Het onderzoek werd gepubliceerd in Soft Robotics. 

https://www.youtube.com/watch?v=8IXncY4L_nc&feature=emb_title

De eerste stap die de onderzoekers namen was het bestuderen van de tapsheidshoek van echte octopusarmen. Vervolgens ontdekten ze welk ontwerp het beste zou zijn voor een zachte robot om te buigen en objecten te grijpen. Het team bestudeerde de lay-out en structuur van de zuignappen en vond een manier om ze in het nieuwe ontwerp te integreren. 

Zhexin Xie is co-first auteur en een Ph.D.-student aan Beihang University. Hij is de co-uitvinder van de Festo Tentacle Gripper. Het is de eerste volledig geïntegreerde implementatie van zijn soort in een commercieel prototype.

“We hebben de algemene structuur en distributie van deze zuignappen nagebootst voor onze zachte actuators,” zei Xie. “Hoewel ons ontwerp veel eenvoudiger is dan zijn biologische tegenhanger, kunnen deze vacuum-gebaseerde biomimetische zuignappen bijna elk object vasthouden.”

De zachte robotarm wordt bestuurd door de onderzoekers met twee kleppen. Een klep wordt gebruikt om druk aan te brengen om de arm te buigen, en de andere is voor een vacuüm dat de zuignappen activeert. De onderzoekers kunnen de druk en het vacuüm veranderen om de arm te laten hechten aan een object, eromheen te wikkelen en los te laten. 

Het apparaat is met succes getest door de onderzoekers op verschillende objecten, waaronder dunne plastic vellen, koffiekoppen, testbuisjes, eieren en levende krabben. Vanwege het getapte ontwerp kon de zachte robotarm opereren in beperkte ruimtes om objecten op te halen.

Katia Bertoldi is co-senior auteur van de studie en de William en Ami Kuan Danoff Professor of Applied Mechanics en SEAS. 

“De resultaten van onze studie bieden niet alleen nieuwe inzichten in de creatie van next-generation zachte robotactuators voor het grijpen van een breed scala aan morfologisch diverse objecten, maar dragen ook bij aan ons begrip van de functionele betekenis van arm-tapsheidshoekvariabiliteit bij octopussoorten,” zei Bertoldi.