La mayoría de las pinzas robóticas actuales se basan en sensores integrados, bucles de retroalimentación complejos o algoritmos avanzados de aprendizaje automático, combinados con la habilidad del operador, para agarrar objetos frágiles o de forma irregular. Pero los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han demostrado una manera más fácil: Una pinza robótica inspirada en los tentáculos permite sujetar suavemente objetos frágiles.
Un nuevo robot inspirado en la naturaleza
Inspirándose en la naturaleza, los investigadores de Harvard diseñaron un nuevo tipo de pinza robótica suave que utiliza una colección de tentáculos delgados para enredar y atrapar objetos, de forma similar a como las medusas atrapan presas aturdidas. Solos, los tentáculos individuales, o filamentos, son débiles. Pero juntos, la colección de filamentos puede agarrar y sujetar con seguridad objetos pesados y de formas extrañas.
La pinza se basa en un simple inflado para envolver 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 volver a imaginar cómo interactuamos con los objetos”, dijo Kaitlyn Becker, exestudiante de posgrado y becaria postdoctoral en SEAS y primera autora del artículo. “Al aprovechar el cumplimiento natural de la robótica blanda y mejorarlo con una estructura compatible, diseñamos una pinza que es más grande 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 la 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 el tubo está presurizado, se riza como una coleta o como un 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 del agarre. Si bien el agarre colectivo es fuerte, cada contacto es débil individualmente y no dañará ni siquiera el objeto más frágil. Para liberar el objeto, los filamentos simplemente se despresurizan.
Un primer plano de los filamentos de la pinza envolviendo un objeto. (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 sujetar frutas y verduras blandas para la producción y distribución agrícola, tejidos delicados en entornos médicos, incluso objetos de forma irregular en almacenes, como cristalería.
El robot con tentáculos de Harvard dispuesto a sujetar un vaso.
Este nuevo enfoque de agarre combina la investigación del profesor L. Mahadevan sobre la mecánica topológica de los filamentos entrelazados con la investigación del profesor Robert Wood sobre pinzas robóticas blandas .
«El entrelazamiento permite que cada filamento altamente compatible 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, profesor de Matemáticas Aplicadas de Lola England de Valpine en SEAS, and of Organismic and Evolutionary Biology, and Physics in FAS y coautor correspondiente del artículo.
“Este nuevo enfoque para el agarre robótico complementa las soluciones existentes al reemplazar las pinzas simples y tradicionales que requieren estrategias de control complejas con filamentos extremadamente compatibles y morfológicamente complejos que pueden operar con un control muy simple”, dijo Wood, profesor de ingeniería de Harry Lewis y Marlyn McGrath. y Ciencias Aplicadas y co-autor correspondiente del artículo. «Este enfoque amplía el rango de lo que es posible recoger con pinzas robóticas».
Los coautores de la investigación fueron 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, la Fundación Simons y el Fondo Henri Seydoux.
Artículo Original:
Active entanglement enables stochastic, topological grasping. Kaitlyn Becker, Clark Teeple, Nicholas Charles, and Robert Wood. https://doi.org/10.1073/pnas.2209819119
Resumen
Fuente: Harvard John A. paulson School of engineering and Applied Sciences
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