Forskare utvecklar bläckfiskinspirerad mjuk robotarm

Forskare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och Beihang University har utvecklat en mjuk robotarm baserad på en bläckfisk. Den kan gripa, flytta och manipulera en mängd olika föremål med sin flexibla och avsmalnande design. Robotarmen består av sugkoppar som hjälper den att få ett fastare grepp när den griper föremål av olika former, storlekar och texturer.

Den nya utvecklingen är ett exempel på robotik som baseras på naturen. Hos en bläckfisk finns två tredjedelar av neuroner i armarna, vilket gör varje arm oberoende. Bläckfiskens armar kan lösa knutar, öppna barnsäkra flaskor och slingra sig runt byte av olika former och storlekar. En av de mest imponerande aspekterna av armarna är sugkopparna, som kan bilda starka förslutningar på ojämna ytor under vatten.

August Domel är en nyligen avlagd doktorsexamen från Harvard och medförfattare till artikeln.

“De flesta tidigare forskningar om bläckfiskinspirerade robotar fokuserade antingen på att efterlikna sug eller armens rörelse, men inte båda”, säger Domel. “Vår forskning är den första som kvantifierar avsmalnande vinklar i armarna och de kombinerade funktionerna hos böjning och sug, vilket möjliggör att en enda liten gripare kan användas för en mängd olika föremål som annars skulle kräva användning av flera gripare.”

Forskningen publicerades i Soft Robotics.

https://www.youtube.com/watch?v=8IXncY4L_nc&feature=emb_title

Det första steget som forskarna tog var att studera den avsmalnande vinkeln i riktiga bläckfiskarmar. De bestämde sedan vilken design som skulle vara bäst för en mjuk robot för att böja och gripa föremål. Teamet studerade layouten och strukturen hos sugkopparna och hittade ett sätt att införliva dem i den nya designen.

Zhexin Xie är medförfattare och doktorand vid Beihang University. Han är meduppfinnare av Festo Tentacle Gripper. Det är den första fullt integrerade implementeringen av sitt slag i en kommersiell prototyp.

“Vi efterliknade den allmänna strukturen och fördelningen av dessa sugkoppar för våra mjuka aktuatorer”, säger Xie. “Även om vår design är mycket enklare än sin biologiska motsvarighet, kan dessa vakuum-baserade biomimetiska sugkoppar fästa vid nästan alla föremål.”

Den mjuka robotarmen styrs av forskarna med två ventiler. En ventil används för att applicera tryck för att böja armen, och den andra för ett vakuum som aktiverar sugkopparna. Forskarna kan ändra trycket och vakuum för att få armen att fästa vid ett föremål, slingra sig runt det och släppa det.

Enheten testades med framgång av forskarna på olika föremål, inklusive tunna plastark, kaffekoppar, provrör, ägg och levande krabbor. På grund av den avsmalnande designen kunde den mjuka robotarmen fungera i begränsade utrymmen för att hämta föremål.

Katia Bertoldi är medseniorförfattare till studien och professor i tillämpad mekanik och SEAS.

“Resultaten från vår studie ger inte bara nya insikter om skapandet av nästa generations mjuka robotaktuatorer för att gripa en mängd olika former av föremål, utan bidrar också till vår förståelse av den funktionella betydelsen av armens avsmalnande vinkelvariation över bläckfiskarter”, säger Bertoldi.