Ingenjörer använder naturen för att utveckla mjuk robotgrepp

Ingenjörer från University of Georgia har följt den alltmer ökande trenden att använda naturen för att utveckla robotteknik. Medan det ofta är djurens egenskaper i naturen, såsom bläckfiskarmar, som utnyttjas, har detta tillfälle inneburit att teamet tittat på polbönor för att utveckla ett mjukt robotgrepp.

De mest inspirerande egenskaperna hos polbönor och andra tvinningsväxter för forskarna var deras känselspröda skott, som används för att slingra sig runt stöd. Roboten som utvecklats av UGA-teamet kan bete sig på ett liknande sätt, fast och försiktigt gripa föremål ner till en diameter på en millimeter.

Mable Fok är en biträdande professor och studiens huvudförfattare.

“Vi hade försökt med olika design, men vi var inte nöjda med resultaten, sedan mindes jag polbönorna jag odlade i vår trädgård för några år sedan”, sa Fok. “Denna växt kan hålla fast vid andra växter eller rep så hårt. Så jag gjorde några undersökningar om tvinningsväxter och tyckte att det var en bra design från naturen för oss att utforska.”

Den nya studien publicerades i tidskriften Optics Express.

Teamet inkluderade också Mei Yang och Ning Liu, doktorander i teknik; Liam Paul Cooper, som är en undergraduate som studerar datorteknik; och Xianqiao Wang, biträdande professor på teknikcollege.

“Vår robots tvinningsrörelse kräver endast en enkel pneumatisk kontroll, vilket förenklar dess drift genom att eliminera behovet av komplex samordning mellan flera pneumatiska kontroller”, fortsatte Fok. “Eftersom vi använder en unik tvinningsrörelse fungerar det mjuka robotgreppet bra i begränsade utrymmen och behöver endast ett litet operativt utrymme.”

Den robotiska enheten

En annan unik aspekt av UGA-enheten är en inbyggd sensor som ger kritisk realtidsåterkoppling, vilket sätter den före andra robotar på marknaden.

“Vi har inbäddat en fiberoptisk sensor i mitten av robotens elastiska ryggrad som kan känna av tvinningsvinkeln, de fysiska parametrarna för målet och eventuella yttre störningar som kan orsaka att målet lossnar”, sa Fok.

Det mjuka robotgreppet är något över tre tum långt och tillverkat av silikon. Forskarna tror att det kan tillämpas inom sektorer som jordbruk, medicin och forskning. Specifika tillämpningar inkluderar förpackning av jordbruksprodukter som känsliga växter, kirurgisk robotik och hantering av forskningsprover i glasrör.

Studien visade effektiviteten hos det mjuka robotgreppet när det gäller att gripa föremål som pennor och penslar. Det kunde fungera med ett föremål så litet som en tunn tråd på en rätad pappersklipp. Utöver att vara effektivt har enheten utmärkt upprepningsbarhet, hög tvinningsnoggrannhet och exakt yttre störningsdetektering.

Teamet kommer nu att arbeta med att förbättra den automatiska återkopplingskontrollen, som fiberoptiska sensorläsningar kommer att ge insikt i. De kommer också att försöka miniaturisera designen, vilket gör den mer lämplig som en biomedicinsk enhet.

“Denna tvinningsmjuka robot med dess inbyggda fiberoptiska sensor utgör en byggsten för en mer omfattande mjuk robot. Att ha en enklare design och kontroll är definitivt en fördel”, sa Fok.