Harvard

May 04, 2023

Par Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences5 décembre 2022

Gros plan des filaments de la pince s'enroulant autour d'un objet. Crédit : Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS

Vous savez à quel point il est difficile de saisir et de tenir des objets avec des pinces robotiques si vous avez déjà joué au jeu de la griffe dans une salle d'arcade. Imaginez à quel point ce jeu serait plus éprouvant pour les nerfs si vous tentiez d'attraper un délicat morceau de corail en voie de disparition ou un trésor précieux d'un navire coulé au lieu d'animaux en peluche.

La plupart des préhenseurs robotiques d'aujourd'hui utilisent une combinaison de compétences de l'opérateur et de capteurs intégrés, des boucles de rétroaction complexes ou des algorithmes d'apprentissage automatique de pointe pour saisir des objets fragiles ou de forme irrégulière. Cependant, des scientifiques de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de Harvard ont montré qu'il existe une méthode plus simple.

S'inspirant de la nature, les scientifiques ont créé un nouveau type de préhenseur robotique souple qui utilise un réseau de tentacules minces pour emmêler et saisir des objets, de la même manière que les méduses collectent leurs proies. Les filaments individuels, ou tentacules, ne sont pas très solides en eux-mêmes. Cependant, lorsqu'ils sont utilisés en groupe, les filaments peuvent saisir et maintenir fermement des objets de toutes formes et tailles. Le préhenseur n'a pas besoin de détection, de planification ou de contrôle de rétroaction ; il repose sur un simple gonflage pour envelopper les articles.

L'étude a été récemment publiée dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS).

La pince souple saisit la succulente. Crédit : Harvard Microrobotics Lab/Harvard SEAS

"Avec cette recherche, nous voulions réinventer la façon dont nous interagissons avec les objets", a déclaré Kaitlyn Becker, ancienne étudiante diplômée et boursière postdoctorale à SEAS et première auteure de l'article. "En tirant parti de la conformité naturelle de la robotique douce et en l'améliorant avec une structure conforme, nous avons conçu une pince qui est supérieure à la somme de ses parties et une stratégie de préhension qui peut s'adapter à une gamme d'objets complexes avec un minimum de planification et de perception. ."

Becker est actuellement professeur adjoint de génie mécanique au MIT.

La force et l'adaptabilité du préhenseur proviennent de sa capacité à s'emmêler avec l'objet qu'il tente de saisir. Les filaments longs d'un pied sont des tubes creux en caoutchouc. Un côté du tube a un caoutchouc plus épais que l'autre, donc lorsque le tube est sous pression, il s'enroule comme une queue de cochon ou comme des cheveux lissés un jour de pluie.

Une vidéo montrant le robot. Crédit: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Les boucles se nouent et s'emmêlent les unes avec les autres et avec l'objet, chaque enchevêtrement augmentant la force de la prise. Alors que la prise collective est forte, chaque contact est individuellement faible et n'endommagera pas même l'objet le plus fragile. Pour libérer l'objet, les filaments sont simplement dépressurisés.

Les chercheurs ont utilisé des simulations et des expériences pour tester l'efficacité de la pince, en ramassant une gamme d'objets, y compris diverses plantes d'intérieur et jouets. La pince pourrait être utilisée dans des applications réelles pour saisir des fruits et légumes mous pour la production et la distribution agricoles, des tissus délicats dans des environnements médicaux et même des objets de forme irrégulière dans des entrepôts, tels que de la verrerie.

Cette nouvelle approche de la préhension combine les recherches du professeur L. Mahadevan sur la mécanique topologique des filaments enchevêtrés avec les recherches du professeur Robert Wood sur les préhenseurs robotiques mous.

"L'enchevêtrement permet à chaque filament hautement conforme de se conformer localement à un objet cible, ce qui conduit à une saisie topologique sûre mais douce qui est relativement indépendante des détails de la nature du contact", a déclaré Mahadevan, professeur Lola England de Valpine de mathématiques appliquées à SEAS, et de la biologie de l'organisme et de l'évolution, et de la physique dans le SAF et co-auteur correspondant de l'article.

« Cette nouvelle approche de la préhension robotique complète les solutions existantes en remplaçant les pinces simples et traditionnelles qui nécessitent des stratégies de contrôle complexes par des filaments extrêmement conformes et morphologiquement complexes qui peuvent fonctionner avec un contrôle très simple », a déclaré Wood, professeur d'ingénierie Harry Lewis et Marlyn McGrath. et sciences appliquées et co-auteur correspondant de l'article. "Cette approche élargit la gamme de ce qu'il est possible de saisir avec les pinces robotisées."

Référence : "L'intrication active permet une saisie stochastique et topologique" par Kaitlyn Becker, Clark Teeple, Nicholas Charles, Yeonsu Jung, Daniel Baum, James C. Weaver, L. Mahadevan et Robert Wood, 10 octobre 2022, Actes de l'Académie nationale des sciences .DOI : 10.1073/pnas.2209819119

L'étude a été financée par l'Office of Naval Research, la National Science Foundation, la Simons Foundation et le Henri Seydoux Fund.