Американские ученые создали роботизированный телеуправляемый манипулятор, устройство и механика которого точно копируют человеческую кисть. Отчет о разработке подготовлен для представления на Международной конференции по робототехнике и автоматике (ICRA 2016), которую Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) проведет с 16 по 21 мая в Стокгольме.
Исследователи из Вашингтонского университета в Сиэтле отметили, что современные биомиметические антропоморфные протезы значительно уступают по функциональности реальной человеческой руке, поскольку содержат множество компромисных технических решений (замену суставов петлями, тягами, гироскопами и т.д.). В своей работе они решили точно скопировать форму и механику реальной кисти.
Разработчики начали с того, что отсканировали лазером скелет кисти и напечатали точные копии костей на 3D-принтере. Так они получили суставы без фиксированных осей, например, сустав между фалангой большого пальца и костями пясти, позволяющий приводить, отводить и противопоставлять палец.
Связки и сухожилия изготовили из высокопрочных струн из полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой (Spectra). Замену мягких тканей, принимающих участие в движении кисти (ограничивающих подвижность или обеспечивающих эластичность) вырезали лазером из резины. Из нее же изготовили каналы для сухожилий и разгибательные кожухи — сложные сетчатые многослойные структуры, которые покрывают пальцы, улучшая гибкость и плавность движений.
В качестве мышц инженеры применили 10 сервомоторов Dynamixel, соединенных с полиэтиленовыми струнами так же, как мышцы предплечья с сухожилиями. Для контроля движений к кончикам пальцев прикрепили отражающие маркеры, координаты которых записывали системой регистрации Vicon Bonita из семи 240-герцовых инфракрасных камер с VGA-разрешением.
Получившийся манипулятор соединили с системой датчиков, надевающейся на руку оператора. Благодаря практически точному механическому сходству с рукой он с высокой точностью копировал движения человека, как при силовых, так и при тонких манипуляциях.
Исследователи намерены усовершенствовать конструкцию манипулятора, чтобы сделать его пригодным для телеуправляемых задач, где необходима тонкость движений, соответствующая человеческой кисти. Также они планируют связаться со специалистами в области тканевой инженерии, чтобы использовать манипулятор как механический каркас для выращивания искусственных конечностей.