Техника оригами помогла создать мощный вакуумный захват

MITCSAIL / YouTube

Американские инженеры разработали простое и недорогое устройство для захвата объектов различной формы. Оно состоит из жесткого каркаса, выполненного в технике оригами, и пластиковой пленки. Во время работы из внутренних полостей, образованных складками пленки, откачивается воздух, благодаря чему внутренняя поверхность захвата сжимается вокруг предмета, рассказывают авторы статьи, которая будет представлена на конференции ICRA 2019.

Захват предметов — одна из основных прикладных областей в робототехнике, разработки из которой можно применять во многих сферах. К примеру, хватающие роботы необходимы на производстве и складах, где их применение может значительно повысить эффективность работы и снизить издержки. Кроме того, надежная система захвата объектов необходима роботам, взаимодействующим с людьми и, к примеру, помогающим по дому. Обычно задачу захвата предмета принято разбивать на две части: его распознавание с помощью алгоритмов компьютерного зрения и непосредственно захват с помощью аппаратного обеспечения. В области разработки аппаратуры для захвата уже создано множество разработок, но зачастую в них не удается совместить силу захватывания, его точность и применимость к объектам разной формы, а кроме того, подобные устройства зачастую стоят очень дорого и их применение не всегда экономически целесообразно.

Группа инженеров под руководством Роберта Вуда (Robert Wood) из Массачусетского технологического института создала новый захват, лишенный этих недостатков. В основе устройства лежат три основных элемента: относительно жесткий, но упруго деформируемый каркас из пластика, напоминающий по форме узор оригами, пленка, делающая внутреннюю полость герметичной, а также трубка, ведущая к воздушному насосу. В качестве основы инженеры выбрали известный оригами-паттерн типа «магический шар», форму которого можно легко менять со сферической на цилиндрическую. Для создания воздухонепроницаемого барьера они использовали два материала (для разных прототипов) — латексную стенку воздушного шарика и прорезиненную ткань. Во время работы устройство размещается над предметом и насос начинает откачивать воздух. Снижение давления заставляет оригами-структуру сжиматься, превращаясь из сфероподобной в цилиндрическую, из-за чего объект надежно фиксируется в захвате.

Инженеры провели эксперименты с устройством и показали, что оно способно захватывать предметы различной, даже сложной, формы. К примеру, оно может схватить банку за угол между стенкой и крышкой, или кружку за ее ручку. Во время экспериментов устройство захватило предмет с диаметром семь сантиметров при диаметре собственном диаметре в десять сантиметров. Кроме того, разработчики измерили возможности устройства по подъему тяжелых грузов. При испытаниях они создавали внутри устройства относительное давление от −20 до −80 килопаскалей. При относительном давлении в −60 килопаскалей сила удерживания предмета составила 120 ньютонов, что равнозначно поднятию груза с массой, примерно в 120 раз превышающей массу устройства.

Группа Роберта Вуда и раньше занималась созданием актуаторов на основе структур оригами. К примеру, в 2017 году они создали искусственные мышцы, в которых используется похожая схема с откачиванием воздуха из герметичной пленки с пластиковым оригами-каркасом. Испытания показали, что пиковая мощность таких искуссвенных мышц составляет около двух киловатт на килограмм массы, что делает их мощнее настоящих скелетных мышц млекопитающих.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.