Robotický uchopovač inšpirovaný kirigami spája v sebe silu a jemný dotyk
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 14. 8. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Pomocou nového dizajnu inšpirovaného japonským umením strihania papiera výskumníci vyvinuli jemné a zároveň silné robotické uchopovadlá, ktoré dokážu skladať oblečenie, uchopiť kvapku vody či ultratenké mikrovlákna, zdvihnúť 16 000-násobok vlastnej hmotnosti a otáčať stránkami knihy. Zariadenie má širokú škálu potenciálnych aplikácií, od protetiky po minimálne invazívnu chirurgiu a hlbinný morský prieskum.
Výskumníkom zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne sa možno podarilo vyvinúť robotické uchopovače novej úrovne.
„Je ťažké vyvinúť jedno mäkké uchopovadlo, ktoré by bolo schopné manipulovať s ultramäkkými, ultratenkými a ťažkými predmetmi, kvôli kompromisom medzi silou, presnosťou a jemnosťou,“ povedal Jie Yin, zodpovedajúci autor štúdie. „Náš návrh dosahuje vynikajúcu rovnováhu týchto vlastností“.
Aby bolo ideálne uchopovadlo užitočné v rôznych situáciách, musí byť schopné používať jemnosť tam, kde je to potrebné, ale musí byť schopné aj silových a obratných výkonov. Na dosiahnutie týchto cieľov sa výskumníci inšpirovali japonským umením vystrihovania papiera kirigami.
V kirigami, ktoré je úzko spojené s origami, sa dvojrozmerný papier skladá a strihá tak, aby vytvoril trojrozmerné tvary. Výskumníci zistili, že použitie konštrukcie inšpirovanej kirigami poskytuje ich uchopovadlu jedinečné výhody.
„Sila robotických uchopovadiel sa vo všeobecnosti meria pomerom úžitkového zaťaženia a hmotnosti,“ povedal Yin. „Naše uchopovadlá vážia 0,4 gramu a dokážu zdvihnúť až 6,4 kilogramu. To je pomer úžitkového zaťaženia a hmotnosti približne 16 000. To je 2,5-krát viac ako predchádzajúci rekord v pomere úžitkového zaťaženia a hmotnosti, ktorý bol 6 400. V kombinácii s vlastnosťami jemnosti a presnosti sila uchopovadiel naznačuje širokú škálu aplikácií“.
Podľa výskumníkov tieto vlastnosti súvisia skôr s konštrukciou uchopovadiel ako s tým, z čoho sú vyrobené.
„V praxi to znamená, že by ste mohli vyrobiť uchopovadlá z biologicky rozložiteľných materiálov, napríklad z pevných listov rastlín,“ uviedol Yaoye Hong, hlavný autor štúdie. „To by mohlo byť užitočné najmä pri aplikáciách, kde by ste chceli uchopovadlá používať len na obmedzený čas, napríklad pri manipulácii s potravinami alebo biomedicínskymi materiálmi. Ukázali sme napríklad, že uchopovadlá možno použiť na manipuláciu s ostrým zdravotníckym odpadom, ako sú napríklad ihly“.
V rámci testovania overenia funkčnosti konceptu výskumníci integrovali svoje uchopovadlá so svalmi ovládanou (myoelektrickou) protézou ruky a preukázali, že dokáže otáčať stránky knihy a zbierať hrozno z viniča.
„Toto uchopovadlo zlepšilo funkciu pri úlohách, ktoré sa ťažko vykonávajú pomocou existujúcich protéz, ako je zapínanie určitých typov zipsov, zbieranie mincí a podobne,“ uviedla spoluautorka štúdie He (Helen) Huangová. „Nové uchopovadlo nemôže nahradiť všetky funkcie existujúcich protetických rúk, ale mohlo by sa použiť na doplnenie týchto ďalších funkcií. A jednou z výhod uchopovadiel kirigami je, že by nebolo potrebné nahradiť alebo rozšíriť existujúce motory používané v robotických protézach. Pri využívaní uchopovadiel by ste mohli jednoducho využiť existujúci motor“.
Výskumníci sa domnievajú, že ich nové kirigami uchopovadlá by sa dali využiť aj v ďalších aplikáciách.
„Myslíme si, že dizajn uchopovadiel má potenciálne využitie v rôznych oblastiach, od robotickej protetiky a spracovania potravín až po farmaceutickú a elektronickú výrobu,“ povedal Yin. „Tešíme sa na spoluprácu s priemyselnými partnermi, aby sme našli spôsoby, ako túto technológiu využiť“.
Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Nature Communications. Robotické uchopovadlo inšpirované kirigami si môžete pozrieť v akcii vo videu na začiatku článku alebo priamo TU.
