Исследователи разработали недорогую, энергоэффективную роботизированную руку, которая может хватать целый ряд предметов — и не ронять их — используя только движение запястья и ощущение «кожи».

Захват предметов разного размера, формы и фактуры — задача, несложная для человека, но сложная для робота . Исследователи из Кембриджского университета разработали мягкую роботизированную руку, напечатанную на 3D-принтере, которая не может самостоятельно двигать пальцами, но все же может выполнять ряд сложных движений.

Рука робота была обучена хватать разные предметы и могла предсказать, уронит ли она их, используя информацию, полученную от датчиков, размещенных на ее «коже».

Этот тип пассивного движения делает робота гораздо более простым в управлении и гораздо более энергоэффективным, чем роботы с полностью моторизованными пальцами. Исследователи говорят, что их адаптируемая конструкция может быть использована при разработке недорогой робототехники, способной к более естественным движениям и способной научиться захватывать широкий спектр объектов. Результаты представлены в журнале Advanced Intelligent Systems.

В естественном мире движение является результатом взаимодействия между мозгом и телом. Это позволяет людям и животным двигаться сложными способами, не затрачивая ненужного количества энергии. За последние несколько лет мягкие компоненты начали интегрироваться в проектирование робототехники благодаря достижениям в технологиях 3D-печати, которые позволили исследователям усложнить простые энергосберегающие системы.

Человеческая рука очень сложна, и воссоздание всей ее ловкости и приспособляемости в роботе является серьезной исследовательской задачей. Большинство современных продвинутых роботов не способны выполнять манипуляционные задачи, с которыми с легкостью справляются маленькие дети. Например, люди инстинктивно знают, какую силу нужно приложить, чтобы поднять яйцо, но для робота это проблема: слишком много силы, и яйцо может разбиться; слишком мало, и робот может его уронить. Кроме того, полностью приведенная в действие рука робота с двигателями для каждого сустава в каждом пальце требует значительного количества энергии.

В лаборатории биоинспирированной робототехники профессора Фумии Ииды на инженерном факультете Кембриджа исследователи разрабатывают потенциальные решения обеих проблем: рука робота, которая может захватывать различные объекты с правильным давлением при минимальном потреблении энергии.

«В более ранних экспериментах наша лаборатория показала, что можно добиться значительного диапазона движения руки робота, просто двигая запястьем», — сказал соавтор доктор Томас Джордж-Турутель, который сейчас работает в Университетском колледже Лондона. ЛЧ) Восток. «Мы хотели посмотреть, сможет ли рука робота, основанная на пассивном движении, не только хватать объекты, но и сможет ли предсказать, собирается ли она уронить объекты или нет, и соответствующим образом адаптироваться».

Исследователи использовали напечатанную на 3D-принтере антропоморфную руку с имплантированными тактильными датчиками, чтобы рука могла чувствовать, к чему прикасается. Рука была способна только к пассивным движениям на основе запястья.

Команда провела более 1200 тестов с рукой робота , наблюдая за ее способностью захватывать мелкие предметы, не роняя их. Первоначально робот обучался с использованием небольших пластиковых шариков, напечатанных на 3D-принтере, и хватал их, используя заранее определенные действия, полученные в результате демонстрации людьми.

«Рука такого типа обладает некоторой упругостью: она может брать предметы сама по себе, без каких-либо движений пальцев», — сказал первый автор доктор Киран Гилдэй, который сейчас работает в EPFL в Лозанне, Швейцария. «Тактильные датчики дают роботу представление о том, насколько хорошо он держится, поэтому он знает, когда он начинает скользить. Это помогает ему предсказать, когда что-то не получится».

Робот использовал метод проб и ошибок, чтобы узнать, какой захват будет успешным. Закончив тренировку с мячами, он попытался схватить различные предметы, включая персик, компьютерную мышь и рулон пузырчатой ​​пленки. В этих тестах рука смогла успешно схватить 11 из 14 предметов.

«Датчики, похожие на кожу робота, измеряют давление, оказываемое на объект», — сказал Джордж-Турутель. «Мы не можем точно сказать, какую информацию получает робот, но теоретически он может оценить, где был захвачен объект и с какой силой».

«Робот узнает, что комбинация определенного движения и определенного набора данных датчика приведет к сбою, что делает его настраиваемым решением», — сказал Гилдей. «Рука очень проста, но с помощью одной и той же стратегии она может подобрать много предметов».

«Большим преимуществом этой конструкции является диапазон движения, который мы можем получить без использования каких-либо приводов», — сказал Иида. «Мы хотим максимально упростить руку. Мы можем получить много полезной информации и высокую степень контроля без каких-либо приводов, поэтому, когда мы их добавим, мы получим более сложное поведение в более эффективном пакете. »

Полностью приводящаяся в действие роботизированная рука , в дополнение к количеству требуемой энергии, также представляет собой сложную проблему управления. Пассивная конструкция разработанной Кембриджем руки с использованием небольшого количества датчиков упрощает управление, обеспечивает широкий диапазон движений и упрощает процесс обучения.

В будущем систему можно будет расширить несколькими способами, например, добавив возможности компьютерного зрения или научив робота использовать окружающую среду, что позволит ему захватывать более широкий спектр объектов.