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触手机器人可以用触角轻轻地抓取易碎的物体

时间:2022-10-30 作者:超级管理员 点击:545次

  如果你曾经在街机上玩过爪子游戏,你就会知道用机器人手爪抓取和握住物体是多么困难。想象一下,如果你试图从沉船上抓住一个脆弱的濒危珊瑚或无价的文物,而不是一个填充玩具,那么这个游戏将更加令人伤脑筋。


  现在,大多数机器人抓取器都依赖于嵌入式传感器、复杂的反馈回路或先进的机器学习算法,并结合操作者的技能来抓取易碎或不规则形状的物体。但是哈佛大学SEAS工程与应用科学学院的研究人员展示了一种更简单的方法。

                 触手机器人

  受大自然的启发,他们设计了一种新型的柔软机器人手爪,它使用一系列细触角来包裹和捕捉物体,类似于水母收集令人眩晕的猎物的方式。单独,一个单独的触手或细丝是脆弱的。然而,细丝的集合可以抓住并牢固地固定沉重且形状奇怪的物体。手爪依靠简单的充气来包裹物体,没有传感、规划或反馈控制。


  这项研究发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)。


  “通过这项研究,我们希望重新想象我们与物体互动的方式,”凯特琳贝克尔说,她是SEAS大学的前研究生和博士后研究员,也是论文的第一作者。“通过利用软机器人的自然柔顺性,并通过柔顺结构增强它,我们设计了一种抓取和抓取策略,这种策略大于其各部分的总和。这种策略可以用最少的规划和感知来适应一系列复杂的对象。”



  抓具的强度和适应性来自于它能够缠住它试图抓住的物体。一英尺长的灯丝是一根中空的橡胶管。管子的一面橡胶比另一面厚,所以当管子受压时,它会像辫子一样卷曲,或者在雨天像拉直的头发一样卷曲。


  卷发打结,互相缠绕,每缠绕一次都会增加握的力度。虽然集体握持力很强,但是每一次接触都很弱,即使是最脆弱的物体也不会受到损伤。要释放物体,只需解压细丝。


  研究人员使用模拟和实验来测试手爪的功效,并拾取一系列物体,包括各种室内植物和玩具。在实际应用中,手爪可以抓取农业生产和配送中使用的柔软水果和蔬菜,医疗环境中的精致组织,甚至仓库中的不规则物体,如玻璃器皿。


  这种新的抓取方法结合了教授对缠绕细丝拓扑力学的研究和罗伯特伍德教授对软机器人抓取的研究。


  “纠缠使每个高度顺从的细丝能够与目标对象局部一致,从而导致安全而温和的拓扑抓取,这相对独立于接触性质的细节,”论文的联合通讯作者Mahadevan,Lola England de Valpine,SEAS应用数学和有机与进化生物学,以及FAS物理学说。“这种新的机器人抓取方法补充了现有的解决方案,用极其柔顺和复杂的细丝取代了简单的传统抓手。这些夹钳需要复杂的控制策略,可以通过非常简单的控制来操作,”该论文的合著者,工程和应用科学教授Wood,Harry Lewis和Marin mcgrath说。“这种方法扩大了机器人手爪可以抓取的范围。


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