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 funktioner i naturen, såsom bläckfiskarmar, som används, handlade det i detta fall om att teamet tittade på polbönor för att utveckla en mjuk robotgrepp.

De mest inspirerande funktionerna hos polbönor och andra slingrande växter för forskarna var deras känslokänsliga 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 greppa föremål ner till en millimeter i diameter.

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 lite forskning om slingrande växter 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 ingenjörsvetenskap; Liam Paul Cooper, som är en undergraduate som studerar datorsystemteknik; och Xianqiao Wang, biträdande professor på College of Engineering. 

“Vår robots slingrande rörelse kräver bara en enda pneumatisk kontroll, vilket förenklar dess drift genom att eliminera behovet av komplex samordning mellan flera pneumatiska kontroller”, fortsatte Fok. “Eftersom vi använder en unik slingrande rörelse, fungerar den mjuka robotgreppen bra i begränsade utrymmen och behöver bara 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 inbyggt en fiberoptisk sensor i mitten av robotens elastiska ryggrad som kan känna av slingrande vinkeln, de fysiska parametrarna för målet och eventuella yttre störningar som kan orsaka att målet lossnar”, sa Fok.

Den mjuka robotgreppen är strax över tre tum lång och är tillverkad av silikon. Forskarna tror att den kan användas inom områden som jordbruk, medicin och forskning. Specifika tillämpningar inkluderar förpackning av jordbruksprodukter som känsliga växter, kirurgisk robotik och hantering av forskningsprover i glasrör.

Studien visade den mjuka robotgreppens effektivitet när den greppade föremål som pennor och målarborstar. Den kunde fungera med ett föremål så litet som en tunn tråd på en rätad pappersklipp. Förutom att den var effektiv, har enheten utmärkt upprepningsbarhet, hög slingrande noggrannhet och exakt yttre störningsdetektering.

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

“Denna slingrande mjuka 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.