O robô tentáculo pode agarrar suavemente objetos frágeis

Se você já jogou o jogo da garra em um fliperama, sabe como é difícil agarrar e segurar objetos usando garras robóticas. Imagine como esse jogo seria muito mais estressante se, em vez de bichinhos de pelúcia, você tentasse pegar um pedaço frágil de coral ameaçado de extinção ou um artefato de valor inestimável de um navio naufragado.

A maioria das garras robóticas atuais depende de sensores incorporados, circuitos de feedback complexos ou algoritmos avançados de aprendizado de máquina, combinados com a habilidade do operador, para agarrar objetos frágeis ou de formato irregular. Mas pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard demonstraram uma maneira mais fácil.

Inspirando-se na natureza, eles projetaram um novo tipo de pinça robótica macia que usa uma coleção de tentáculos finos para enredar e capturar objetos, semelhante à forma como as águas-vivas coletam presas atordoadas. Sozinhos, os tentáculos ou filamentos individuais são fracos. Mas juntos, o conjunto de filamentos pode agarrar e segurar com segurança objetos pesados ​​e de formatos estranhos. A pinça depende de uma inflação simples para envolver objetos e não requer detecção, planejamento ou controle de feedback.

A pesquisa foi publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“Com esta pesquisa, queríamos reimaginar a forma como interagimos com os objetos”, disse Kaitlyn Becker, ex-aluna de pós-graduação e pós-doutoranda no SEAS e primeira autora do artigo. “Aproveitando a flexibilidade natural da robótica suave e aprimorando-a com uma estrutura compatível, projetamos uma pinça que é maior que a soma de suas partes e uma estratégia de preensão que pode se adaptar a uma variedade de objetos complexos com planejamento e percepção mínimos. .”

Becker é atualmente professor assistente de engenharia mecânica no MIT.

A força e a adaptabilidade da pinça vêm de sua capacidade de se enredar no objeto que está tentando agarrar. Os filamentos de trinta centímetros de comprimento são tubos ocos de borracha. Um lado do tubo tem borracha mais grossa que o outro, então quando o tubo é pressurizado, ele se enrola como um rabo de cavalo ou como um cabelo alisado em um dia chuvoso.

Os cachos se amarram e se enredam entre si e com o objeto, com cada emaranhado aumentando a força de fixação. Embora o controle coletivo seja forte, cada contato é individualmente fraco e não danificará nem mesmo o objeto mais frágil. Para liberar o objeto, os filamentos são simplesmente despressurizados.

Um close dos filamentos da pinça envolvendo um objeto. (Crédito: Laboratório de Microrobótica de Harvard/Harvard SEAS)

A pinça envolvendo uma suculenta. (Crédito: Laboratório de Microrobótica de Harvard/Harvard SEAS)

Os pesquisadores usaram simulações e experimentos para testar a eficácia da pinça, pegando uma variedade de objetos, incluindo diversas plantas domésticas e brinquedos. A pinça pode ser usada em aplicações do mundo real para agarrar frutas e vegetais macios para produção e distribuição agrícola, tecidos delicados em ambientes médicos e até mesmo objetos de formato irregular em armazéns, como artigos de vidro.

Esta nova abordagem de apreensão combina a pesquisa do Professor L. Mahadevan sobre a mecânica topológica de filamentos emaranhados com a pesquisa do Professor Robert Wood sobre garras robóticas macias.

“O emaranhamento permite que cada filamento altamente compatível se conforme localmente com um objeto alvo, levando a uma compreensão topológica segura, mas suave, que é relativamente independente dos detalhes da natureza do contato”, disse Mahadevan, professor de matemática aplicada da Lola England de Valpine em SEAS, e de Biologia Organísmica e Evolutiva, e Física na FAS e co-autor correspondente do artigo.

“Esta nova abordagem para a preensão robótica complementa as soluções existentes, substituindo garras simples e tradicionais que exigem estratégias de controle complexas por filamentos extremamente compatíveis e morfologicamente complexos que podem operar com controle muito simples”, disse Wood, professor de engenharia da Harry Lewis e Marlyn McGrath. e Ciências Aplicadas e coautor correspondente do artigo. “Esta abordagem expande a gama do que é possível captar com garras robóticas.”