Захват, как у геккона, может помочь роботам карабкаться по стенам

 

Технология захвата

Технология также может быть полезна для сбора деликатных и странных материалов

Если вы хотите, чтобы робот поднял кофейную чашку, помидор черри или пакет с упакованными продуктами, вам придется иметь дело с большим количеством программирования и, возможно, с некоторой очисткой в проходе 3. Ребенок может обрабатывать все виды форм и материалов и применять правильное сочетание силы и деликатности при их подъеме, но заставить машины

воспроизводить эти, казалось бы, простые навыки было нелегко. Теперь команда исследователей разработала новый способ подбора объектов, который решает многие из этих проблем. Смоделированный на пальцах гекконов, он также может помочь роботам лазить по стенам неправильной формы.

Инженеры давно ищут вдохновение от природы, и одним из самых вдохновляющих образцов природы является геккон, эта бесстрашно лазающая ящерица, способная прилипать к стенам и потолкам. Эти подвиги полагаются на силы Ван-дер-Ваальса. В любой момент атомы, как правило, слегка положительно заряжены с одной стороны и отрицательно заряжены с другой, в результате случайного поведения их электронов. Когда два атома приближаются друг к другу, Ван-дер-ваальсовы силы могут генерировать притяжение. Подушечки пальцев геккона покрыты крошечными волоскоподобными волокнами, которые максимизируют его контакт с поверхностями, усиливая эффект Ван-дер-Ваальса.

Ученые создали материалы, которые используют синтетические массивы микроволокон, чтобы воспроизвести липкость гекконов, но есть и компромисс. Чтобы материалы, похожие на гекколиды, хорошо прилипали, требуется давление, для чего требуется жесткая подложка, такая как весло. Но такая подложка, в свою очередь, предотвращает прилипание этих материалов к изогнутым поверхностям. Новое исследование позволяет избежать этого компромисса, предлагая как гибкость, так и сцепление, размещая микроволокна на тонкой эластичной мембране для создания того, что исследователи называют фибриллярными клеями на мембране (FAM), и обеспечивая для этого новый тип подложки.

В мягком роботизированном захвате FAM закрывает широкое отверстие неглубокой воронки из мягкой резины диаметром 18 мм с узким отверстием, соединенным с воздушным насосом. После того, как FAM касается плоского или изогнутого объекта, воздух выкачивается из воронки, сплющивая неглубокий конус против объекта, независимо от его контуров.

В ходе испытаний исследователи обнаружили, что при площади контакта всего 2,5 квадратных сантиметра (размером примерно с десятицентовик) их захват может поднимать предметы весом более 300 граммов (близко к весу банки содовой), сообщают они сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Он также может поднять кофейную чашку с выпуклой снаружи, вогнутой внутри или с точки на ручке, поднять помидор черри, не причинив ему вреда, или схватить пластиковый пакет с упакованными продуктами. Надувание захвата освобождает предметы.

"Это очень хороший вклад в область, которая в первые дни была сосредоточена только на наноразмерных волокнах, а не на подложке", - говорит Кимберли Тернер, инженер-механик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB), который не участвовал в исследовании. -Конструкция подложки является ключом к тому, чтобы эти клеи функционировали должным образом для большинства применений, и это очень захватывающая разработка".

Технология имеет несколько потенциальных применений, говорит Метин Ситти, автор исследования и инженер-механик в Институте интеллектуальных систем Макса Планка в Штутгарте, Германия, и Университете Карнеги-Меллона в Питтсбурге, штат Пенсильвания. На заводах такие захваты могут помочь собрать деликатную электронику или перемещать объекты со сложными формами, такие как изготовленные на заказ автомобильные детали. Они также могут быть использованы в биомедицине для сбора органов. И они позволят роботам взбираться на все, от самолетов до атомных станций, для осмотра и технического обслуживания.

Тем не менее, захват должен соответствовать нескольким требованиям, прежде чем его можно будет широко использовать, говорит Эллиот Хоукс, инженер-механик из UCSB и Стэнфордского университета в Пало-Альто, штат Калифорния, который также работал над geckolike захватами. Он должен быть прочным (способным поднимать и отпускать вещи сотни тысяч раз), масштабируемым (способным поднимать вещи тяжелее килограмма) и стоить дешевле по сравнению с другими типами захватов, такими как зажимы или присоски.

Ситти не видит препятствий для создания больших захватов шириной в десятки сантиметров и совместного использования многих из них для захвата и подъема тяжелых предметов. Однако команде все еще нужно проверить прочность захвата. Когда альпинистский робот терпит неудачу, уборка означает нечто большее, чем вытирание томатного сока; это означает подметание останков дорогого робота.