Istraživači sa Državnog univerziteta Severne Karoline razvili su robotski uređaj za hvatanje koji je dovoljno nežan da pokupi kap vode, dovoljno jak da pokupi težinu od 6,4 kilograma, dovoljno spretan da presavije krpu i dovoljno precizan da pokupi mikrofilmove koji su 20 puta tanji od ljudske kose.
Pored mogućih proizvodnih aplikacija, istraživači su takođe integrisali uređaj sa tehnologijom koja omogućava da se hvataljka kontroliše električnim signalima koje proizvode mišići na podlaktici, pokazujući njegov potencijal za upotrebu sa robotskom protetikom.
„Teško je razviti jedan, meki hvatač koji je sposoban da rukuje ultramekim, ultratankim i teškim predmetima, zbog kompromisa između snage, preciznosti i nežnosti“, kaže Jie Iin, dopisni autor rada o radu i saradnik profesor mašinstva i vazduhoplovstva u NC State. „Naš dizajn postiže odličan balans ovih karakteristika.“
Dizajn novih hvataljki se zasniva na ranijoj generaciji fleksibilnih, robotskih hvataljki koje su se oslanjale na umetnost kirigamija, koja uključuje i sečenje i savijanje dvodimenzionalnih listova materijala kako bi se formirali trodimenzionalni oblici.
„Naše nove hvataljke takođe koriste kirigami, ali se bitno razlikuju, pošto smo mnogo naučili iz prethodnog dizajna“, kaže Jaoje Hong, koautor rada i nedavni doktor nauka. diplomirao na NC State. „Uspeli smo da poboljšamo samu osnovnu strukturu, kao i putanju hvataljki – što znači putanju na kojoj se hvataljke približavaju objektu kada ga zgrabe.“
Novi dizajn je u stanju da postigne visok stepen čvrstoće i nežnosti zbog načina na koji distribuira silu kroz strukturu hvataljke.
„Snaga robotskih hvatača se generalno meri u odnosu nosivosti i težine“, kaže Jin. „Naše hvataljke teže 0,4 grama i mogu da podignu do 6,4 kilograma. To je odnos nosivosti i težine od oko 16.000. To je 2,5 puta više od prethodnog rekorda za odnos nosivosti i težine, koji je bio 6.400. U kombinaciji sa karakteristike nežnosti i preciznosti, snaga hvataljki sugeriše širok spektar primena.“
Još jedna prednost nove tehnologije je da su njene atraktivne karakteristike vođene prvenstveno njenim strukturnim dizajnom, a ne materijalima koji se koriste za proizvodnju hvataljki.
„U praktičnom smislu, to znači da biste mogli da napravite hvataljke od biorazgradivih materijala, kao što su čvrsti listovi biljaka“, kaže Hong. „To bi moglo biti posebno korisno za aplikacije u kojima biste želeli da koristite hvataljke samo u ograničenom vremenskom periodu, kao što je pri rukovanju hranom ili biomedicinskim materijalima. Na primer, pokazali smo da se hvataljke mogu koristiti za rukovanje oštrim medicinskim otpad, kao što su igle“.
Istraživači su takođe integrisali uređaj za hvatanje sa mioelektričnom protetskom rukom, što znači da se proteza kontroliše pomoću mišićne aktivnosti.
„Ova hvataljka je pružila poboljšanu funkciju za zadatke koje je teško izvršiti korišćenjem postojećih protetskih uređaja, kao što je zatvaranje određenih tipova rajsferšlusa, podizanje novčića i tako dalje“, kaže Helen Huang, koautor rada i Jackson Famili Distinguished Profesor na Zajedničkom odeljenju za biomedicinsko inženjerstvo u NC State i Univerzitetu Severne Karoline u Chapel Hillu.
„Nova hvataljka ne može da zameni sve funkcije postojećih protetskih ruku, ali bi se mogla koristiti da dopuni te druge funkcije“, kaže Huang. „A jedna od prednosti kirigami hvataljki je ta što ne biste morali da menjate ili povećavate postojeće motore koji se koriste u robotskoj protetici. Možete jednostavno da koristite postojeći motor kada koristite hvataljke.“
U testiranju dokaza o konceptu, istraživači su pokazali da se kirigami hvataljke mogu koristiti u kombinaciji sa mioelektričnom protezom za okretanje stranica knjige i čupanje grožđa sa vinove loze.
„Mislimo da dizajn hvataljke ima potencijalnu primenu u oblastima u rasponu od robotske protetike i prerade hrane do farmaceutske i elektronske proizvodnje“, kaže Jin. „Radujemo se što ćemo raditi sa industrijskim partnerima kako bismo pronašli načine da primenimo tehnologiju.
Rad, „Trajektorije nalik viticama koje su programirane pod uglom omogućavaju multifunkcionalni hvatač sa ultra delikatnošću, ultrasnagom i ultrapreciznošću“, objavljen je u časopisu Nature Communications.
