La pneumatica alimenta le mani morbide

Le pinze robotiche convenzionali con "dita" rigide tendono ad essere costose, hanno capacità limitate e non sono particolarmente adatte per la manipolazione sicura di oggetti delicati. Per superare tali ostacoli, i ricercatori del Laboratorio di robotica e biologia (RBO Lab) dell'Università tecnica di Berlino stanno sviluppando pinze robotiche morbide che sono adattive, semplici ed economiche. L'obiettivo finale è quello di imitare da vicino le azioni di una mano umana.

Tra gli altri progetti, RBO Lab svolge ricerche di base su come creare e controllare ciò che chiamano Soft Hands. L'obiettivo principale è progettare attuatori soft robusti, personalizzabili ed efficaci e relativa tecnologia di controllo.

Secondo i funzionari di laboratorio, gli attuatori elettromeccanici tradizionali costruiti con componenti come motori, ingranaggi, tendini e maglie sono soggetti a usura, richiedono molte parti e sono difficili da assemblare. Ciò rende i robot risultanti costosi e, per la maggior parte delle applicazioni, inaccessibili.

Le lancette morbide rappresentano una deviazione dal classico disegno robot-mano perché sfruttano in modo specifico la conformità meccanica unita a sofisticate strategie di controllo. I movimenti delle dita sono alimentati da aria compressa. L'obiettivo è rendere la presa semplice, flessibile e adattabile sacrificando il posizionamento ultra preciso che non è necessario in molte applicazioni.

Il laboratorio ha sviluppato diversi prototipi. L'ultima versione è soprannominata RBO Hand 2, a quanto pare una mano antropomorfa economica, altamente conforme e abile. Le dita, denominate attuatori PneuFlex, sono realizzate in gomma siliconica rinforzata con fibre mediante processi di fabbricazione additiva e stampaggio. In futuro, gli attuatori morbidi possono essere stampati in 3D in una singola fase di produzione utilizzando una varietà di materiali e design, per fornire funzionalità specifiche definite dall'utente.

La costruzione delle dita include una sezione superiore in gomma e gomma incorporata con fibre anelastiche nella sezione inferiore. In fl uenzando il dito con aria pressurizzata, la parte superiore si allunga mentre la metà inferiore no. La divergenza risultante in lunghezza tra la parte superiore e quella inferiore provoca la flessione dell'attuatore. I fi le di rinforzo elicoidali rafforzano e stabilizzano la forma dell'attuatore, quindi l'inflazione porta alla flessione piuttosto che all'espansione radiale.

Il team sta inoltre studiando l'incorporazione di sensori morbidi negli attuatori PneuFlex. A causa dell'elevata deformabilità, la maggior parte delle tecnologie di sensori esistenti non sono compatibili con attuatori flessibili. Per aggiungere capacità di feedback tattile, i ricercatori stanno esplorando tecnologie di sensori alternativi come: sensori di deformazione in metallo liquido per rilevare la deformazione; reticolo di fibre ottiche per rilevare la forma; fibre conduttive in elastomero termoplastico per misurare la deformazione; e touch sensing con superfici capacitive multistrato estensibili.

L'RBO Hand 2 è controllato utilizzando un PneumaticBox relativamente economico, un sistema sviluppato per la sincronizzazione e il controllo in tempo reale delle dita pneumatiche. L'hardware PneumaticBox include un array di valvole 5/3 e un computer incorporato (Beaglebone Black) insieme a driver per valvole, sensori di pressione e un alimentatore a 24 V. Utilizza un software robotico open source ampiamente utilizzato (come ROS, RoboticsLab RLab e scripting Python) e può essere controllato da remoto tramite una rete TCP / IP.

RBO Hand 2 è stato sviluppato per studiare le capacità e i limiti delle mani robotiche quando si basano solo su strutture morbide e deformabili. L'esclusiva adattabilità del dispositivo offre numerosi vantaggi, quali:

Sopporta prontamente le collisioni contundenti

Offre energie a basso impatto

Dita passivamente conformi e contatto disaccoppiato con il palmo dal braccio del robot, stabilizzando il controllo della forza

L'adattabilità a varie forme di oggetti semplifica il controllo delle dita

L'azionamento pneumatico consente geometrie complesse della mano e dell'attuatore

Infine, un altro aspetto importante del lavoro, secondo i funzionari di RBO Lab, è che l'ingegneria dei soft-robot è ancora agli inizi, rispetto alle mani elettromeccaniche. La continua ricerca di progetti, controlli e tecnologie relativi alle mani morbide dovrebbe portare a ulteriori progressi.