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 een reeks verschillende objecten met zijn flexibele en getaperde ontwerp. De robotarm bestaat uit zuignappen die helpen om een steviger greep te krijgen wanneer objecten van verschillende vormen, maten en texturen worden gegrepen.

De nieuwe ontwikkeling is een ander voorbeeld van robotica die op de natuur zijn gebaseerd. Bij een octopus bevinden twee derde van de neuronen zich in zijn armen, waardoor elk van hen 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 tapsheid 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 meerdere grijpers 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 zetten was om de tapsheid van echte octopusarmen te bestuderen. Ze ontdekten vervolgens 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 deze 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 actuatoren,” zei Xie. “Hoewel ons ontwerp veel eenvoudiger is dan zijn biologische tegenhanger, kunnen deze vacuum-gebaseerde biomimetische zuignappen zich aan bijna elk object hechten.”

De zachte robotarm wordt door de onderzoekers bestuurd met twee kleppen. Een klep wordt gebruikt om druk toe te passen voor het buigen van de arm, en de andere is voor een vacuum dat de zuignappen activeert. De onderzoekers kunnen de druk en het vacuum aanpassen 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, koffiekopjes, testbuisjes, eieren en levende krabben. Vanwege het getaperde ontwerp kon de zachte robotarm opereren in beperkte ruimtes om objecten te recupereren.

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 robotactuatoren voor het grijpen van een breed scala aan morfologisch diverse objecten, maar dragen ook bij aan ons begrip van de functionele betekenis van arm-tapsheid-variabiliteit bij octopussoorten,” zei Bertoldi.