Ingenjörer utvecklar mjuk robothand som kan spela Nintendo

Forskare och ingenjörer vid University of Maryland har skapat en 3D-printad mjuk robothand som kan spela Nintendos Super Mario Bros. 

I vad som är ett otroligt framsteg i rörligheten hos robothänder presenterades forskningen i Vetenskap Förskott.

Området mjuk robotik fokuserar på flexibla och uppblåsbara robotar som drivs med vatten eller luft, medan traditionella robotar drivs med el. Det har funnits ett ökat intresse för mjuk robotik på grund av deras säkerhet och anpassningsförmåga, vilket har lett till att de ofta används för proteser och medicintekniska produkter. Men fram till den nya forskningen har det varit svårt att kontrollera vätskorna som gör att robotarna kan böjas och röra sig.

Forskargruppen leddes av University of Maryland biträdande professor i maskinteknik Ryan D. Sochol. Teamets stora genombrott kom när de kunde 3D-skriva ut färdigmonterade mjuka robotar med integrerade vätskekretsar, och allt detta kunde göras i ett enda steg.

Joshua Hubbard är medförfattare.

"Tidigare skulle varje finger på en mjuk robothand vanligtvis behöva sin egen kontrolllinje, vilket kan begränsa portabiliteten och användbarheten", förklarar Hubbard. "Men genom att 3D-printa den mjuka robothanden med våra integrerade fluidtransistorer kan den spela Nintendo baserat på bara en tryckingång."

Demonstrerar roboten

Teamet demonstrerade den mjuka robothanden genom att designa en integrerad vätskekrets som gjorde det möjligt för den att fungera som svar på ett enda kontrolltryck. Genom att applicera ett lågt tryck kunde teamet få det första fingret att trycka på Nintendo-kontrollen för att få Mario att gå. Genom att applicera högt tryck skulle Mario hoppa. 

Handen förlitade sig på ett uppsättningsprogram som autonomt växlade mellan avstängt, lågt, medelhögt och högt tryck, och det kunde manövrera Nintendo-kontrollern framgångsrikt och slutföra den första nivån av spelet på mindre än 90 sekunder.

Ruben Acevedo är nyligen Ph.D. akademiker och medförfattare till studien. 

"Nyligen har flera grupper försökt utnyttja vätskekretsar för att förbättra autonomin hos mjuka robotar," sade Acevedo, "men metoderna för att bygga och integrera dessa vätskekretsar med robotarna kan ta dagar till veckor, med en hög grad av manuellt arbete och teknisk skicklighet."

3D Utskrifter

Teamet förlitade sig på "PolyJet 3D Printing", som har många lager av multimaterial "bläck" staplade ovanpå varandra i 3D.

Kristen Edwards är studiens medförfattare. 

"Inom loppet av en dag och med mindre arbete kan forskare nu gå från att trycka på start på en 3D-skrivare till att ha kompletta mjuka robotar - inklusive alla mjuka ställdon, fluidiska kretselement och kroppsfunktioner - redo att användas," sa Edwards

Att välja Mario var inte bara ett beslut baserat på roligt, utan det fungerade faktiskt som ett korrekt sätt att mäta handens smidighet. Videospelets timing och nivå är redan etablerade, med ett enda misstag som avslutar spelet. Detta gav ett nytt sätt att utvärdera roboten. 

Andra forskningsframsteg och öppen tillgång

Teamets forskningsdokument beskrev också mjuka robotar som är inspirerade av terrapinsköldpadda, som alla trycktes på UMD:s Terrapin Works 3D Printing Hub.

Teamets strategi är också öppen källkod, och tidningen är öppen för alla att läsa. Teamet länkade också sitt tilläggsmaterial till en GitHub, och den inkluderar alla elektroniska designfiler.

"Vi delar fritt alla våra designfiler så att vem som helst enkelt kan ladda ner, modifiera på begäran och 3D-utskrift - oavsett om det är med sin egen skrivare eller genom en utskriftstjänst som oss - alla mjuka robotar och fluidiska kretselement från vårt arbete ", sa Sochol. "Det är vår förhoppning att denna 3D-utskriftsstrategi med öppen källkod kommer att bredda tillgängligheten, spridningen, reproducerbarheten och adoptionen av mjuka robotar med integrerade vätskekretsar och i sin tur påskynda utvecklingen inom området."

Teamet tittar nu på hur deras teknik kan användas för biomedicinska applikationer som rehabiliteringsanordningar, kirurgiska verktyg och anpassningsbara proteser.