25/10/2022
Door Ad Spijkers
Een door inktvissen en kwallen geïnspireerde zachte pneumatische grijper slingert zich om kwetsbare voorwerpen heen.
Wie ooit op de kermis heeft geprobeerd om met grijpers een teddybeer te scoren, weet je hoe moeilijk het is om een pluche knuffel of horloge te grijpen en vast te houden met robotgrijpers. Hoe zenuwslopend zou dat spel zijn als je in plaats daarvan een kwetsbaar stuk bedreigd koraal of een onbetaalbaar artefact van een gezonken schip zou proberen te grijpen.
De meeste robotgrijpers vertrouwen op ingebouwde sensoren, complexe terugkoppelingen of geavanceerde algoritmen voor machine learning. Gecombineerd met de vaardigheden van de operator moeten ze fragiele of onregelmatig gevormde objecten vastpakken. Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een eenvoudigere manier aangetoond.
Robotgrijper
Geïnspireerd door de natuur ontwierpen ze een nieuw type zachte robotgrijper die een verzameling dunne tentakels gebruikt om objecten te verstrikken en te verstrikken. Het werkt vergelijkbaar met de manier waarop kwallen verdoofde prooien verzamelen. Individuele tentakels of filamenten zijn zwak, maar samen kunnen ze zware en vreemd gevormde objecten vastpakken en veilig vasthouden. De grijper is afhankelijk van eenvoudig opblazen om objecten te wikkelen en vereist geen detectie, planning of feedbackcontrole.
Met het onderzoek wilden de onderzoekers opnieuw bedenken hoe om te gaan met objecten. Ze maakten gebruik van de natuurlijke flexibiliteit van zachte robotica en verbeterden die met een flexibele structuur. Hiermee hebben ze een grijper ontworpen met een grijpstrategie die zich met minimale planning en perceptie kan aanpassen aan een reeks complexe objecten.
Krullen
De kracht en het aanpassingsvermogen van de grijper komen voort uit zijn vermogen om zichzelf te verstrikken in het object dat hij probeert te grijpen. De filamenten zijn holle, rubberen buizen. De ene kant van de buis heeft dikker rubber dan de andere, dus als de buis onder druk staat, krult hij. De krullen knopen en verstrengelen met elkaar en het object, waarbij elke verstrengeling de sterkte van het houvast vergroot. Hoewel de collectieve greep sterk is, is elk contact individueel zwak en zal zelfs het meest kwetsbare object niet beschadigen. Om het object vrij te geven, worden de filamenten drukloos gemaakt.
De onderzoekers gebruikten simulaties en experimenten om de werkzaamheid van de grijper te testen. Ze pikten een reeks objecten op, waaronder verschillende kamerplanten en speelgoed. De grijper kan in de praktijk worden gebruikt voor het grijpen van zacht fruit en groenten voor landbouwproductie. Ook is de grijpers geschikt voor het oppakken van delicaat weefsel in medische omgevingen en voor het grijpen van onregelmatig gevormde objecten in magazijnen, zoals glaswerk.
De nieuwe benadering van robotgrijpen vormt een aanvulling op bestaande oplossingen door eenvoudige, traditionele grijpers. Deze vereisen complexe besturingsstrategieën en vervangen die door morfologisch complexe filamenten die zeer eenvoudige regelingen kunnen werken. De aanpak vergroot het bereik van wat mogelijk is om op te pikken met robotgrijpers.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS