Il robot tentacolare può afferrare delicatamente oggetti fragili

Se hai mai giocato al gioco degli artigli in una sala giochi, sai quanto è difficile afferrare e trattenere gli oggetti utilizzando le pinze robotiche. Immagina quanto sarebbe più snervante quel gioco se, invece di peluche, stessi cercando di afferrare un fragile pezzo di corallo in via di estinzione o un manufatto inestimabile da una nave affondata.

La maggior parte delle pinze robotiche odierne si basa su sensori incorporati, complessi circuiti di feedback o algoritmi avanzati di apprendimento automatico, combinati con l'abilità dell'operatore, per afferrare oggetti fragili o di forma irregolare. Ma i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno dimostrato un modo più semplice.

Prendendo ispirazione dalla natura, hanno progettato un nuovo tipo di pinza morbida e robotica che utilizza una serie di sottili tentacoli per impigliare e intrappolare oggetti, in modo simile a come le meduse raccolgono le prede stordite. Da soli, i singoli tentacoli, o filamenti, sono deboli. Ma insieme, l’insieme dei filamenti può afferrare e trattenere saldamente oggetti pesanti e dalla forma strana. La pinza si basa sul semplice gonfiaggio per avvolgere gli oggetti e non richiede rilevamento, pianificazione o controllo del feedback.

La ricerca è stata pubblicata negli Atti della National Academy of Sciences (PNAS).

“Con questa ricerca, volevamo reimmaginare il modo in cui interagiamo con gli oggetti”, ha affermato Kaitlyn Becker, ex studentessa laureata e borsista post-dottorato presso la SEAS e prima autrice dell’articolo. “Sfruttando la naturale cedevolezza della robotica morbida e potenziandola con una struttura cedevole, abbiamo progettato una pinza che è maggiore della somma delle sue parti e una strategia di presa in grado di adattarsi a una gamma di oggetti complessi con pianificazione e percezione minime .”

Becker è attualmente professore assistente di ingegneria meccanica al MIT.

La forza e l'adattabilità della pinza derivano dalla sua capacità di impigliarsi nell'oggetto che sta tentando di afferrare. I filamenti lunghi un piede sono tubi cavi di gomma. Un lato del tubo ha una gomma più spessa dell'altro, quindi quando il tubo è pressurizzato, si arriccia come un codino o come i capelli stirati in una giornata piovosa.

I riccioli si annodano e si intrecciano tra loro e con l'oggetto, e ogni intreccio aumenta la forza della presa. Sebbene la presa collettiva sia forte, ogni contatto è individualmente debole e non danneggerà nemmeno l'oggetto più fragile. Per rilasciare l'oggetto, i filamenti vengono semplicemente depressurizzati.

Un primo piano dei filamenti della pinza che avvolgono un oggetto. (Credito: Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS)

La pinza che avvolge una succulenta. (Credito: Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS)

I ricercatori hanno utilizzato simulazioni ed esperimenti per testare l'efficacia della pinza, raccogliendo una serie di oggetti, tra cui varie piante d'appartamento e giocattoli. La pinza potrebbe essere utilizzata in applicazioni reali per afferrare frutta e verdura morbida per la produzione e la distribuzione agricola, tessuti delicati in ambienti medici e persino oggetti di forma irregolare nei magazzini, come la vetreria.

Questo nuovo approccio alla presa combina la ricerca del professor L. Mahadevan sulla meccanica topologica dei filamenti aggrovigliati con la ricerca del professor Robert Wood sulle pinze robotiche morbide.

"L'entanglement consente a ciascun filamento altamente cedevole di conformarsi localmente con un oggetto bersaglio, portando a una presa topologica sicura ma delicata che è relativamente indipendente dai dettagli della natura del contatto", ha affermato Mahadevan, professoressa di matematica applicata a Lola England de Valpine. SEAS, e di Biologia Organismica ed Evoluzionistica e Fisica in FAS e co-autore corrispondente dell'articolo.

"Questo nuovo approccio alla presa robotica integra le soluzioni esistenti sostituendo le pinze tradizionali e semplici che richiedono strategie di controllo complesse con filamenti estremamente flessibili e morfologicamente complessi che possono funzionare con un controllo molto semplice", ha affermato Wood, professore di ingegneria di Harry Lewis e Marlyn McGrath. e scienze applicate e co-autore corrispondente dell'articolo. “Questo approccio amplia la gamma di ciò che è possibile prelevare con le pinze robotiche”.