22/12/2021
Door Ad Spijkers
Flexibele tentakelachtige manipulatoren aangedreven door perslucht kunnen zachte objecten vastpakken en hanteren.
Robots kunnen moeite hebben met het grijpen en manipuleren van zachte voorwerpen als hun manipulatoren niet flexibel zijn zoals olifantenslurven, tentakels van een octopus (foto) of menselijke vingers. Onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong University in China ontwikkelden een soort zachte manipulator met meerdere segmenten, geïnspireerd op deze biologische systemen.
Manipulatoren
De zachte manipulatoren zijn gebaseerd op pneu-netten, pneumatisch aangedreven elastomere structuren. De structuren hebben een tentakelachtige vorm en bestaan uit een reeks onderling verbonden interne kamers die pneumatisch kunnen worden opgeblazen, waardoor ze als een ballon worden opgeblazen. De ene kant van de tentakel is zeer flexibel, terwijl de andere kant stijver is. Toenemende druk naar de kamers zorgt ervoor dat de structuur naar de stijve kant buigt.
De onderzoekers hebben zachte manipulatoren ontworpen met behulp van een wiskundig model dat een bepaald ruimtelijk 3D-traject kan volgen. De zachte manipulator bestaat uit meerdere segmenten waarbij elk segment een andere activeringsmodus laat zien - draaien, buigen in het vlak of spiraalvormige activering - door verschillende kameroriëntaties te kiezen.
Ontwikkelingsproces
De belangrijkste vooruitgang van het onderzoek is de ontwikkeling van een wiskundige methodologie die automatisch zachte manipulatoren kan ontwerpen die overeenkomen met complexe 3D-trajecten bij enkel drukverhoging.
De groep onderzoekers ontwierp manipulatoren voor een verscheidenheid aan 3D-trajecten door de geometrische, materiële en belastingparameters voor hun pneu-netstructuren te variëren. Ze konden een omgekeerd ontwerp maken om een manipulator te creëren die een specifiek traject zou volgen.
De ontwerpmethode is gebaseerd op een wiskundig model dat veel minder kostbaar is in gebruik dan traditionele rekenmodellen. De groep bevestigde dat hun wiskundige techniek manipulatorontwerpen produceerde met gedrag dat vergelijkbaar was met op computers berekende modellen. Ze valideerden hun resultaten met behulp van eenvoudige experimenten.
Het vervolg
Om echt veelzijdige toepassingen van de ontworpen zachte manipulatoren te bereiken, is meer werk nodig. Tot deze toekomstige werkzaamheden behoren strategieën om de benadering uit te breiden naar systemen met meerdere actuatoren. Bovendien is het inverse ontwerpproces nog steeds niet volledig automatisch. De eerste fase van het proces vereist dat een menselijke operator de gebieden van de curve kiest die worden toegewezen aan draaien, buigen of spiraalvormige vervorming.
De onderzoekers kunnen zich een geautomatiseerd systeem voorstellen om deze stap te doen met behulp van machine learning of andere methoden. Dit werk zou toepassingen kunnen hebben in robotgrijpers, implanteerbare en draagbare apparaten en robots die door onvoorspelbare terreinen bewegen.
Foto: Dong Wang, American Institute of Physics