Четырехкратный диапазон вращения и превосходство над человеческой кистью продемонстрировал пневматический манипулятор BioflexBot

Источник: The Robot Report

Альтернативную архитектуру биомиметического захватного устройства BioflexBot, способного воспроизводить и превосходить базовые манипуляционные движения человеческой кисти при предельно упрощенной механической конструкции, представила совместная группа исследователей из Китайского университета Гонконга в Шэньчжэне и Нанкинского университета информационных наук и технологий. Научная публикация с подробным описанием аппаратного принципа и результатов серии комплексных натурных тестов размещена в авторитетном рецензируемом научном журнале Advanced Science международного издательства Wiley.

Традиционный подход к созданию кистей для антропоморфных роботов опирается на дословное копирование сложной биологической анатомии человека с десятками микросервоприводов, хрупких тросовых тяг и многозвенных шарнирных сочленений. Подобные узкоспециализированные конструкции отличаются чрезвычайно высокой себестоимостью, низкой ремонтопригодностью и повышенной вычислительной сложностью низкоуровневого алгоритмического управления приводами. Разработчики манипулятора BioflexBot сознательно отказались от внешнего анатомического сходства, сосредоточившись на воспроизведении ключевых функциональных возможностей хвата за счет физического интеллекта гибких полимерных материалов.

Конструктивно манипулятор объединяет спиралевидную винтовую пружину оригинального профиля, эластичную ограничительную полимерную оболочку и компактную пневматическую систему. Все механические движения пальцеобразного органа контролируются дозированной подачей сжатого воздуха всего по двум независимым пневматическим каналам низкого давления. Тщательно оптимизированная геометрия изгиба позволяет манипулятору без использования тяжелых электродвигателей выполнять четыре базовых типа пространственных движений: щипковый зажим мелкими фалангами, непрерывное осевое вращение, зацеп крюком и надежный силовой обхват предметов различного диаметра, массы и фактуры рабочей поверхности.

В ходе всесторонней лабораторной валидации манипулятор успешно продемонстрировал прецизионный хват: устройство аккуратно захватило тонкую акупунктурную иглу и выполнило стабильный рабочий цикл дозированного переноса жидких реактивов стандартной лабораторной пипеткой без случайного проливания. При проведении тестов на вращение робот открутил резьбовую крышку герметичной емкости с углом разворота, почти в четыре раза превышающим физический диапазон подвижности запястного сустава взрослого человека. Кроме того, податливый эластомерный каркас обеспечивает надежное удержание предметов, которые в тринадцать раз превышают геометрические габариты аналогичных мягких захватных систем.

За счет эффекта упругого линейного растяжения и сжатия рабочий вылет BioflexBot в 3,5 раза превосходит аналогичные физические возможности человеческой руки. Инженерная группа экспериментально подтвердила высокую применимость технологии в трех практических сценариях: эндоскопической инспекции лопаток авиационных турбин внутри узких полостей сложной геометрии, полностью автономном проведении химических опытов с агрессивными растворами и непосредственной интеграции на шарнирные запястья сервисных и промышленных антропоморфных платформ.

Руководители научного исследования доктор Интянь Ли и доктор Ян Ян заявили, что функциональная мимикрия снимает главный инженерный барьер перед массовой автоматизацией исследовательских лабораторий и высокоточных сборочных производств. Простая, легкая и долговечная конструкция снижает стоимость изготовления конечного узла в десятки раз относительно классических пятипалых кистей с сервомоторами. На следующем этапе исследователи планируют перевести лабораторный прототип в полностью коммерческую аппаратную платформу с автоматической микропроцессорной регулировкой давления и быстрым адаптивным позиционированием. Авторы рассчитывают, что внедрение подобных гибких захватов существенно ускорит коммерциализацию сервисных роботов на сборочных линиях микроэлектроники, в фармацевтических лабораториях и в передовых биомедицинских исследовательских центрах, гарантируя предельно бережное обращение с хрупкими материалами и миниатюрными электронными компонентами без риска механического повреждения контактных площадок и чувствительных разъемов сложного современного промышленного оборудования.