Нежные робо-пальчики: гарвардские исследователи создали 3D-печатный соматосенсорный манипулятор

Гарвардские ученые вывели мягкую робототехнику на новый уровень, изготовив эластичный манипулятор с полноценной соматосенсорной системой: напечатанный на 3D-принтере хват передает чувство осязания, способен определять температуру окружающей среды и демонстрирует проприоцепцию, то есть ощущение положения собственных частей в пространстве. Рассказываем, как это работает.Идея реализации сенсорных модальностей в мягкой робототехнике преследуется несколькими исследовательскими командами. Например, ученые Корнеллского университета изготовили 3D-печатную роботизированную руку-протез с эластомерной оболочкой (на иллюстрации ниже), оснащенной тактильными сенсорами на основе оптических волноводов. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего пошли немного другим путем и напечатали гибкий хват с пневматическим приводом и датчиками на основе углеродных трубок, меняющими электропроводность при деформации. Хотя такие варианты вполне работоспособны, они затрагивают лишь одну сенсорную модальность – чувство осязания. А теперь попробуйте закрыть глаза и коснуться любого предмета: вы почувствуете не только текстуру, но и давление на поверхность, температуру предмета, а заодно сможете довольно точно представить изгиб пальцев.Гарвардские исследователи под руководством профессора Райана Труби решили развить идеи своих коллег и создали манипулятор с полноценной соматосенсорной системой, аналогичной человеческой. Мягкий хват состоит из трех идентичных пальцев с пневмоприводом. Каждый из пальцев в свою очередь состоит из трех частей, изготовленных с помощью робокастинга (он же Direct Ink Writing) – варианта экструзионной 3D-печати, схожего с FDM. Простые примеры робокастинга – печать шоколадок шприцевым экструдером или строительная печать цементными смесями.В нашем же случае головка заряжена не шоколадом, а совершенно не вкусной органической ионной жидкостью – 1-этил-3-метилимидазолия этилсульфатом. Технологией поделилась хорошо известная среди печатников профессор Дженнифер Льюис. Каждый палец состоит из трех матриц, по сути слоев, отвечающих за разные модальности (см. иллюстрацию ниже). Базовым материалом служит силикон, заливаемый в форму, а затем «фаршируемый» с помощью 3D-принтера чернилами из ионной жидкости. Характер рисунка в каждой матрице определяет ее функцию. Дело в том, что при деформации таких проводников, то есть резистивных тензодатчиков, меняется их сопротивление, а его можно измерить. Внешняя матрица изготовлена из мягкого силикона с простым проводящим контуром, определяющим изгиб. Средняя матрица из силикона средней жесткости отвечает за измерение давления в пневмоприводе, а относительно жесткая внутренняя с зигзагообразным рисунком ближе к кончику «пальца» служит тактильным датчиком. Кроме того, проводящие свойства зависят от температуры, так что этот параметр тоже можно определять, замеряя и коррелируя показатели всех датчиков одновременно и корректируя работу системы в целом, опираясь на полученные данные. После наполнения чернилами силиконовые матрицы отверждаются и склеиваются, а кончики проводников соединяются с измерительным оборудованием.Полученная система позволяет весьма точно определять силу хватки и давление на объект, что важно при работе с хрупкими объектами. Отделить восприятие температуры от тактильных ощущений оказалось несколько сложнее, но команда надеется усовершенствовать систему за счет интеграции дополнительных датчиков из альтернативных проводящих материалов и/или машинного обучения. Работоспособность концепции в нынешнем виде была продемонстрирована на примере трех тестовых мячиков разного диаметра и веса и с разными текстурами при температурах от -10 до 95°С. Скачать полный доклад научной команды можно по этой ссылке. А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.