Всего два пневматических канала управления позволили эластичному манипулятору BioflexBot превзойти диапазон движений человеческой руки

Источник: The Robot Report

Отказ от точного механического копирования двадцати семи костей и связок человеческой кисти в пользу спиральных пружин и эластичных воздушных камер позволил объединенной исследовательской группе ученых из Китайского университета Гонконга в Шэньчжэне и Нанкинского университета информационных наук и технологий создать принципиально новый класс мягких манипуляторов. Экспериментальный исполнительный орган BioflexBot, подробное описание которого опубликовано в научном журнале Advanced Science и освещено профильным изданием The Robot Report, способен выполнять сложные операции захвата, удержания, вращения и зацепления предметов при помощи всего двух независимых пневматических входов. Разработка призвана разрешить застарелую техническую дилемму робототехники, вынуждавшую конструкторов выбирать между хрупкой многосуставной кинематикой и примитивными двухпальцевыми клешнями.\n\nКонструктивная схема устройства базируется на сочетании цилиндрической винтовой пружины, гибкой полимерной оболочки с переменным профилем жесткости и двух герметичных пневмокамер. Подача сжатого воздуха под разным давлением переводит структуру в три базовых кинематических состояния: продольное удлинение, радиальное расширение и угловой изгиб. Внутренняя геометрия направляющих преобразует линейное расширение эластомера в сложное биомиметическое движение, напоминающее одновременное смыкание пальцев и поворот запястья человека. Управление давлением воздуха не требует сложных датчиков.\n\nВ серии лабораторных тестов прототип продемонстрировал диапазон относительного удлинения и сокращения, превышающий показатели биологической руки человека в три с половиной раза. Соотношение длины в полностью раскрытом и сжатом состояниях достигло пропорции семь к одному. Данное механическое свойство позволяет манипулятору компактно складываться перед проникновением в узкие технологические каналы и затем кратно увеличивать площадь рабочего контакта внутри замкнутого объема. При этом масса исполнительного модуля составляет менее двухсот граммов.\n\nЭкспериментальная проверка функциональности включала широкий спектр прецизионных и силовых задач. Манипулятор успешно выполнил удержание тонкой акупунктурной иглы, произвел забор и дозированный перенос жидких реактивов стандартной лабораторной пипеткой, а также осуществил откручивание резьбовой крышки емкости. Амплитуда непрерывного осевого вращения пробки без перехвата составила почти четыре полных оборота, что существенно превосходит физиологический предел супинации и пронации кистевого сустава человека. Захват надежно удерживает скользкие поверхности.\n\nБлагодаря податливости внешнего контура BioflexBot продемонстрировал способность фиксировать габаритные предметы, масса и линейные размеры которых в двенадцать целых и девять десятых раза превосходят возможности традиционных жестких пневмозахватов аналогичной весовой категории. За счет адаптивного облегания сложного рельефа захват удерживает защитные очки, тяжелые инструментальные кейсы и гладкие колбы без установки дополнительных тактильных датчиков обратной связи.\n\nИсследователи представили три прикладных сценария интеграции платформы в реальные технологические цепочки. В первом тесте устройство смонтировали на манипуляторе для неразрушающего контроля лопаток авиационных двигателей, где большой радиус дистального изгиба позволил осмотреть скрытые кромки лопаточного аппарата сложной кривизны. Во втором сценарии BioflexBot задействовали в качестве терминального захвата коммерческого антропоморфного робота для выполнения бытовых манипуляций и сортировки предметов. Третьим направлением стала автоматизация химического синтеза в агрессивных средах, где отсутствие встроенных электромоторов и металлических подшипников исключает риск короткого замыкания и коррозии.\n\nРазработчики подчеркивают, что стоимость изготовления подобного пневматического модуля в десятки раз ниже производства классических пятипалых кистей с сервоприводами в каждой фаланге. Простая сборка снижает риск поломок. В планах научной группы значится перевод системы на полностью автономные алгоритмы бездатчикового позиционирования и создание масштабируемых модификаций для промышленных сборочных линий.