壁虎式抓手可以帮助机器人爬墙

壁虎式抓手可以帮助机器人爬墙

一个柔软的机器人抓手拿着一瓶橙汁。

Sukho Song
壁虎式抓手可以帮助机器人爬墙

如果你想要一个机器人拿起一个咖啡杯,一个樱桃番茄或一袋包装好的食物,你将不得不处理很多编程,很可能在过道中进行一些清理3.一个孩子可以处理各种各样的形状和材料,并在提升时应用力和精致的正确组合,但让机器重现这些看似简单的技能并非易事。 现在,一个研究小组开发了一种新的方法来拾取解决许多这些问题的对象。 以壁虎的脚趾为蓝本,它还可以帮助机器人攀爬不规则形状的墙壁。

长期以来,工程师们一直在寻求大自然的灵感,而大自然中最具启发性的标本之一就是壁虎,即无畏攀爬的蜥蜴,能够贴在墙壁和天花板上。 这些壮举依赖于范德瓦尔斯力量。 在任何时候,由于电子的随机行为,原子在一侧倾向于带正电,而在另一侧带负电。 当两个原子彼此靠近时,范德瓦尔斯力可以产生吸引力。 壁虎的脚趾垫覆盖着微小的毛发纤维,最大限度地与表面接触,放大范德瓦尔斯效应。

科学家已经创造了利用合成微纤维阵列来 ,但这是一种权衡。 使geckolike材料贴好需要压力,这需要像桨一样坚硬的背衬。 但是这种背衬反过来会阻止这些材料粘附在弯曲表面上。 这项新的研究避免了这种权衡,提供了灵活性和抓地力,通过在薄薄的弹性薄膜上排列微纤维来创造研究人员称之为膜上的纤维状粘合剂(FAM),并为其提供新型背衬。

在柔软的机器人抓手中,FAM覆盖了由软橡胶制成的浅漏斗的宽开口,18毫米宽,窄开口连接到气泵。 在FAM接触平坦或弯曲的物体之后,空气被泵出漏斗,使浅锥体与物体平坦,无论其轮廓如何。

在测试中,研究人员发现,接触面积仅为2.5平方厘米(大约相当于一角硬币), (接近一罐汽水的重量),他们今天报告说美国国家科学院院刊 它还可以从凸出的外侧,凹入的内侧或手柄上的一个点拾取咖啡杯; 提起樱桃番茄而不伤害它; 或者拿一个塑料袋包装好的食物。 给夹子充气会释放物体。

加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的机械工程师Kimberly Turner表示,“这对于早期只关注纳米级纤维而非背景的领域是一个非常好的贡献。”参与研究。 “背衬的设计是使这些粘合剂适用于大多数应用的关键,这是一个非常令人兴奋的发展。”

该研究的作者,德国斯图加特马克斯普朗克智能系统研究所和宾夕法尼亚州匹兹堡的卡内基梅隆大学的机械工程师Metin Sitti说,该技术有几个潜在的应用。 在工厂中,这种夹具可以帮助组装精密电子设备或在具有复杂形状的物体周围移动,例如定制汽车部件。 它们还可以用于生物医学以拾取器官。 它们将使机器人能够攀爬从飞机到核电站的所有物品,进行检查和维护。

加州帕洛阿尔托的加州大学洛杉矶分校和斯坦福大学的机械工程师埃利奥特霍克斯说,夹具必须满足几个要求才能广泛使用,他还从事过geckolike夹具的研究工作。 它必须是耐用的(能够提升和释放数十万次),可扩展(能够提升重量超过一公斤的东西),并且相对于其他类型的夹具(例如夹具或吸盘)而言是值得的。

Sitti没有障碍制作数十厘米宽的更大的夹子,并且使用它们中的许多可以抓住并抬起重物。 然而,该团队仍然需要测试夹具的耐用性。 当攀爬机器人发生故障时,清理意味着不仅要清理番茄汁; 它意味着扫除一个昂贵的机器人的遗体。