Onderzoekers ontwikkelen op 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 een reeks verschillende objecten vastpakken, verplaatsen en manipuleren met zijn flexibele en taps toelopende ontwerp. De robotarm bestaat uit zuignappen die hem helpen een stevigere grip te hebben bij het grijpen van objecten van verschillende vormen, maten en texturen. 

De nieuwe ontwikkeling is een ander voorbeeld van op de natuur gebaseerde robotica. In een octopus bevindt tweederde van de neuronen zich in zijn armen, waardoor ze in feite onafhankelijk zijn. De armen van een octopus zijn in staat om knopen los te maken, kindveilige flessen te openen en zich om prooien 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. 

Augustus Domel is een recente Ph.D. afgestudeerd aan Harvard en mede-eerste auteur van het artikel. 

"Het meeste eerdere onderzoek naar op octopussen geïnspireerde robots was gericht op het nabootsen van de zuigkracht of de beweging van de arm, maar niet beide," zei Domel. "Ons onderzoek is het eerste dat de taps toelopende hoeken 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 waarvoor anders het gebruik van meerdere grijpers nodig zou zijn."

Het onderzoek is gepubliceerd in Zachte Robotica. 

De eerste stap van de onderzoekers was het bestuderen van de taps toelopende hoek van echte octopusarmen. Vervolgens bedachten ze welk ontwerp het beste zou zijn voor een zachte robot om objecten te buigen en vast te pakken. Het team bestudeerde de lay-out en structuur van de zuignappen en vond een manier om ze op te nemen in het nieuwe ontwerp. 

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

"We hebben de algemene structuur en distributie van deze sukkels nagebootst voor onze zachte actuatoren", zei Xie. "Hoewel ons ontwerp veel eenvoudiger is dan zijn biologische tegenhanger, kunnen deze op vacuüm gebaseerde biomimetische zuignappen zich aan bijna elk object hechten."

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

Het apparaat is door de onderzoekers met succes getest op verschillende objecten, waaronder dunne plastic vellen, koffiemokken, reageerbuizen, eieren en levende krabben. Vanwege het taps toelopende ontwerp kon de zachte robotarm in kleine ruimtes werken om objecten op te halen.

Katia Bertoldi is co-senior auteur van de studie en de William en Ami Kuan Danoff hoogleraar toegepaste mechanica en SEAS. 

"De resultaten van onze studie bieden niet alleen nieuwe inzichten in de creatie van zachte robotactuatoren van de volgende generatie voor het vastgrijpen van een breed scala aan morfologisch diverse objecten, maar dragen ook bij aan ons begrip van de functionele betekenis van variabiliteit van de tapse hoek van de arm bij octopussoorten, ' zei Bertoldi.