Роботизована рука замінить людську, РОБОТОША
Існує два основні підходи до питання про створення роботизованої руки. Можна створити роботизовану руку з простими прямолінійними рухами, що має два або три пальці для захоплення більшості предметів. Або досить складну з усіма п'ятьма пальцями, призначену для повної імітації людських рук, що минули мільйони років еволюції. І таку руку вдалося розробити, так що якщо ви хочете, щоб ваш робот виконував якомога більше рухів і мав людиноподібну руку, то тепер це стало можливим. Через складну будову справжньої людської руки, біоміметичні антропоморфні руки неминуче пов'язані з великою кількістю проблем: потрібно змусити їх працювати певним чином і зберегти форму людської руки. Zhe Xu і Emanuel Todorov з Вашингтонського Університету в Сіетлі зробили безумство і створили найточнішу біоміметичну антропоморфну роботехнічну руку, яку можна собі уявити, щоб повністю замінити людську.
За словами Zhe Xu, для них було дуже важливо розробити новий вид робототехнічної руки:
«Традиційний підхід до проектування антропоморфної робототехнічної руки передбачає механізацію біологічних частин із використанням шарнірів, тяг, підвісів для значного спрощення. Цей підхід, безперечно, корисний для розуміння та апроксимації кінематики людської руки в цілому, але неминуче вносить дисонанс між роботизованою та людською рукою, оскільки більшість важливих біомеханічних особливостей людської руки не беруться до уваги в процесі механізації. Притаманна невідповідність між механізмами роботизованої руки та біомеханікою руки людини по суті заважає нам використовувати природні рухи руки, щоб керувати безпосередньо. ТакимТаким чином, нині немає жодної антропоморфної роботизованої руки, яку можна повною мірою порівняти з людською».
Xu та Todorov вирішили почати з нуля, машинально дублюючи рухи людської руки.
Спочатку вони просканували лазером скелет людської руки, а потім надрукували на 3D-принтері штучні кістки, що дозволило їм продублювати незафіксовані спільні осі, які ми маємо. За словами Xu:
«Наприклад, рухи великого пальця спираються на складну форму трапецієподібної кістки, розташованої в зап'ястково-п'ястковому суглобі кисті. Через неправильну форму трапецеподібної кістки, точне розташування спільних осей зап'ястно-п'ясткового суглоба не є фіксованим. Таким чином, жоден з існуючих зразків антропоморфної роботехнічної руки не може відтворити природні рухи великого пальця, оскільки звичайні механічні сполуки вимагають фіксованої осі обертання. За допомогою лазерного сканування моделі людської руки та 3D друку штучних суглобів пальців, ми отримали діапазон руху, жорсткості та динамічних характеристик, дуже близький до людських аналогів. Наша роботизована рука однозначно зберігає важливу біомеханічну інформацію на анатомічному рівні.
Суглобові зв'язки (які стабілізують суглоби та контролюють діапазон їх рухів) виготовлені з високоміцних волокон Spectra, з використанням лазерного різання листів гуми, що заміняють м'які тканини. Розгиначі та згиначі сухожиль (для згинання та випрямлення пальців) також виготовлені з волокон Spectra та гумових листів методом лазерного різання для обшивки сухожиль та м'язи-розгинача, що є складною перетинчастою багатошаровою структурою, яка обертається навколо пальців, щоб краще керуватигнучкістю і крутним моментом. М'язи складаються з масиву 10 сервоприводів Dynamixel, троси яких прокладені таким чином, щоб точно імітувати зап'ястя людської руки.
Крім того, що це практично витвір мистецтва, рука здатна дуже точно імітувати різноманітні хватки при керуванні дистанційним маніпулятором. Оператори також можуть виконувати складні маніпуляції рукою без зворотного зв'язку, оскільки кінематика руки збігається із справжньою людською рукою.
Це справжній прорив: справа в тому, що рука призначена для імітації людської руки, і це означає, що вона імітує людську руку, в першу чергу через свою конструкцію, а не програмування. Це має масу потенційних переваг у телеманіпуляції, оскільки оператор може органічно використовувати спритність власних рук.
«Робота рук і ніг суттєво спирається на людський мозок. Тому технології нейропротезування могли стати набагато ефективнішими, якщо конструкція протеза більше схожа на свій біологічний аналог. Біосумісні матеріали тепер можуть бути роздруковані у вигляді кісткових структур, біологічно штучні зв'язки будуть використані для заміни розірваного переднього хрестоподібного зв'язування, м'язи людини будуть успішно культивовані в чашці петрі (прозорій лабораторній посудині у формі плоского циліндра), а периферичні нерви також можуть бути регенеровані умовах. Всі ці перспективні технології вимагають відповідних каркасів для зростання клітин, що трансплантуються. Ми співпрацюватимемо з вченими-біологами та дослідниками тканинної інженеріїдля подальшого вивчення перспектив і створення біоустроїв, каркасів у галузях нейропротезування та регенерації кінцівок».
Розробка біоміметичної антропоморфної роботизованої руки для регенерації кінцівок, створеної Zhe Xu та Emanuel Todorov з Вашингтонського Університету буде представлена на ICRA у Стокгольмі у травні цього року.