El robot tentáculo puede agarrar suavemente objetos frágiles

Si alguna vez has jugado al juego de garras en una sala de juegos, sabes lo difícil que es agarrar y sujetar objetos usando pinzas robóticas. Imagínese cuánto más estresante sería ese juego si, en lugar de animales de peluche, estuviera tratando de agarrar un frágil trozo de coral en peligro de extinción o un artefacto de valor incalculable de un barco hundido.

La mayoría de las pinzas robóticas actuales se basan en sensores integrados, circuitos de retroalimentación complejos o algoritmos avanzados de aprendizaje automático, combinados con la habilidad del operador, para agarrar objetos frágiles o de forma irregular. Pero investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard han demostrado una forma más sencilla.

Inspirándose en la naturaleza, diseñaron un nuevo tipo de pinza robótica suave que utiliza una colección de tentáculos delgados para enredar y atrapar objetos, similar a cómo las medusas recolectan presas aturdidas. Por sí solos, los tentáculos o filamentos individuales son débiles. Pero juntos, el conjunto de filamentos puede agarrar y sujetar con seguridad objetos pesados ​​y de formas extrañas. La pinza se basa en un simple inflado para envolver los objetos y no requiere detección, planificación o control de retroalimentación.

La investigación fue publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

"Con esta investigación, queríamos reimaginar cómo interactuamos con los objetos", dijo Kaitlyn Becker, ex estudiante de posgrado y becaria postdoctoral en SEAS y primera autora del artículo. “Aprovechando la flexibilidad natural de la robótica blanda y mejorándola con una estructura flexible, diseñamos una pinza que es mayor que la suma de sus partes y una estrategia de agarre que puede adaptarse a una variedad de objetos complejos con una planificación y percepción mínimas. .”

Becker es actualmente profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT.

La fuerza y ​​adaptabilidad de la pinza provienen de su capacidad para enredarse con el objeto que intenta agarrar. Los filamentos de un pie de largo son tubos de goma huecos. Un lado del tubo tiene una goma más gruesa que el otro, por lo que cuando se presuriza el tubo, se riza como una coleta o como el cabello alisado en un día lluvioso.

Los rizos se anudan y se enredan entre sí y con el objeto, y cada enredo aumenta la fuerza de la sujeción. Si bien el agarre colectivo es fuerte, cada contacto es individualmente débil y no dañará ni siquiera el objeto más frágil. Para liberar el objeto, simplemente se despresurizan los filamentos.

Un primer plano de los filamentos de la pinza envolviéndose alrededor de un objeto. (Crédito: Laboratorio de Microrobótica de Harvard/Harvard SEAS)

La pinza envolviendo una suculenta. (Crédito: Laboratorio de Microrobótica de Harvard/Harvard SEAS)

Los investigadores utilizaron simulaciones y experimentos para probar la eficacia de la pinza, recogiendo una variedad de objetos, incluidas varias plantas de interior y juguetes. La pinza podría usarse en aplicaciones del mundo real para agarrar frutas y verduras blandas para la producción y distribución agrícola, tejidos delicados en entornos médicos e incluso objetos de forma irregular en almacenes, como cristalería.

Este nuevo enfoque de agarre combina la investigación del profesor L. Mahadevan sobre la mecánica topológica de filamentos entrelazados con la investigación del profesor Robert Wood sobre pinzas robóticas blandas.

"El entrelazamiento permite que cada filamento altamente flexible se ajuste localmente a un objeto objetivo, lo que conduce a un agarre topológico seguro pero suave que es relativamente independiente de los detalles de la naturaleza del contacto", dijo Mahadevan, profesora de Matemáticas Aplicadas de Lola England de Valpine en SEAS, y de Biología Organística y Evolutiva, y Física en FAS y coautor correspondiente del artículo.

"Este nuevo enfoque de agarre robótico complementa las soluciones existentes al reemplazar las pinzas tradicionales simples que requieren estrategias de control complejas con filamentos extremadamente flexibles y morfológicamente complejos que pueden operar con un control muy simple", dijo Wood, profesor de ingeniería Harry Lewis y Marlyn McGrath. y Ciencias Aplicadas y coautor correspondiente del artículo. "Este enfoque amplía el alcance de lo que es posible recoger con pinzas robóticas".

La investigación fue coautora de Clark Teeple, Nicholas Charles, Yeonsu Jung, Daniel Baum y James C. Weaver. Fue apoyado en parte por la Oficina de Investigación Naval, bajo la subvención N00014-17-1-206 y la Fundación Nacional de Ciencias bajo las subvenciones EFRI-1830901, DMR-1922321, DMR-2011754, DBI-1556164 y EFMA-1830901, el Fundación Simons y el Fondo Henri Seydoux.

Temas:Matemática Aplicada, Robótica

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Harry Lewis y Marlyn McGrath Profesores de Ingeniería y Ciencias Aplicadas

Lola England de Valpine Catedrática de Matemática Aplicada, de Biología Organísmica y Evolutiva y de Física

Lea Burrows | 617-496-1351 | [email protected]

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