Технологии в робототехнике, инспирированные осьминогом

Технологии в робототехнике, инспирированные осьминогомВ ходе более глубоких исследований в области мягкой робототехники исследователи всё больше начали уделять внимание усовершенствованию подводного захвата, в котором используются инновации в области механической автономности для тщательного контроля и тестирования деликатного захвата. На помощь им опять пришла природа, показав, как это реализовано у некоторых видов головоногих моллюсков из океана. Контур искусственного твёрдого гидростата для мягкой роботизированной руки зависит от конкретного направления действия мышц как у осьминога, который обеспечивает жизненно важные мощности двигателя, действуя одинаково и заполняя деформируемый скелет. Морфология и биомеханика такого манипулятора до сих пор доводится до совершенства, но пока далека от той гибкости, какая присутствует у осьминога.

Щупальца (но точнее говорить всё-таки «ноги с функциями руки») осьминога лишены суставов и жёстких звеньев, таким образом, они обладают практически безграничной свободой движений. Эти гибкие придатки имеют специфические биомеханические способности, такие как изменяемая консистенция, контроль жёсткости, ловкость и высокая адаптивность. Инструментально определённые соглашения и настройки использовались в биопроектировании роботизированных систем для оценки механического исполнения манипуляций посредством поперечных и продольных мышц. Для прямой количественной оценки динамических механических свойств рук были созданы инструменты, которые привели бы «механическое существо» к выполнению желаемого задания, что позволило оценить выполнение манипуляций такими «руками».

Сама установка для оценки работы щупалец живого осьминога включала опорную пластину, которая соединялась с градуированной трубкой из прозрачного плексигласа. Механический узел выполнял функции для измерения одного щупальца одновременно с опорной пластиной, удерживающей тело осьминога отдельно, и по этой причине все разновекторные усилия измерялись с использованием датчиков (например, тензодатчиков) и механических частей (например, пружин). Морфология ткани и плотность щупальца оценивались «in vivo» с использованием ультразвуковой визуализации с линейными датчиками, что позволяет быстро и многократно исследовать анатомические плоскости сразу в трёх плоскостях. Осьминог без особых опасений готов был сразу вставить одно щупальце в хитроумное устройство для оценки, так как еда была помещена внутрь трубки в качестве своеобразного приза. Пища подвешивалась с помощью верёвки, перемещалась, чтобы получить оценки удлинения и тянущее усилие, либо прикреплялась к системе с пружинным датчиком, чтобы количественно определять укорочение и затвердевание щупальца в различные моменты манипуляции.

Морфологические элементы, обнаруженные в результате исследования работы щупалец осьминога, были изучены и преобразованы в идеи, воплощаемые для различных конфигураций, используемых для тонких автоматизированных сегментов манипуляторов. Для каждого такого элемента манипулятора мягкого робота «Octopus» было изготовлено независимое автоматизированное устройство с использованием датчиков, которые посылали данные с единую систему в процессе испытаний. Полученные результаты испытаний были сопоставлены с биомеханической оценкой живого прототипа, которые в значительной мере подтвердили правильность предложенной схемы проектирования. Витая структура использовалась для передачи развития и контроля изменений формы. При этом, сами манипуляторы, при такой схеме, возможно изготавливать из различных материалов, что будет влиять на конечную стоимость – таким образом можно будет варьировать цену, исходя из размеров проектируемого манипулятора и стратегий зацепления.

Испытательный стенд с поперечными приводами был опробован для оценки силы на близком расстоянии поперёк редукции через уменьшение сечения. Будучи похожим на соединительную ткань и диагональные мышцы осьминога, скрученный рукав является неким соединительным суставом между волокнами, который образует продольный шарнир из структуры и сетчатого рукава. Начальный край в 70 градусов определялся для искусственного щупальца от точки головным блоком управления и продольной втулкой камеры. Подобно соединительным волокнам в руке осьминога, эта структура показала способность удлиняться при уменьшении своей ширины и при этом изгибаться на значительный угол.

В случае, если структура скрыто разряжается, деформированная точка возвращает всей конструкции её уникальную форму в результате очень неподвижной конфигурации. Таким образом, скручивание подходит для интерпретации измерения уменьшения растяжения по сравнению с пластами соединительной ткани. Между тем, возникновение такой структуры позволяет «щупальцу» вернуться к изначальной форме. Круглая и полая форма сохраняется при удлинении и укорачивании, а уменьшение ширины оказывает наибольшее влияние на удлинение вблизи поперечного сегмента каждого блока по сравнению с площадью поперечных приводов. А воздействие уменьшается при движении вбок. Свойства строения такого устройства имитируют часть соединительной ткани «руки» осьминога. Такая структура стратегически не похожа на то, что изобреталось ранее и у неё имеется значительный потенциал для внедрения во многие устройства по миру.

Используя ультразвуковую инновацию, специалисты получили вспомогательные данные о работе щупальца осьминога, которая была потов воплощены в механическую структуру. Учёные предположили, что радиально расположенные актуаторы (исполнительные устройства приложения силы) поперечно расположенных мышц будут наиболее эффективным компонентом для уменьшения ширины и значительного растяжения. Порядок действии продольных мышц и фокусов прикрепления предполагает использование продольных приводов в качестве соединительных звеньев вдоль руки, чтобы стимулировать изгибание в разных фокусах. Синусоидальный план линии нерва руки предлагает конфигурацию электронных материалов в виде волнистых форм в установленных растягивающихся устройствах.

Продольные мышцы осьминога были исследованы с использованием оценок силы и прочности. Звенья в искусственно созданных элементах защищены оболочкой, чтобы уменьшить истирание и избежать повреждения силикона. Среднее тяговое усилие в 40 Ньютон сохраняется при времени сжатия 1–2 секунды, контроль положения точки захвата, деформация укорочения (20%) и вариабельность прочности используются для соединения продольных приводов и силиконовой тяги в элементах. Во время вытягивания использовалось положение точки захвата на уровне 75% общей длины, чтобы можно было надеть ручку, а дистальная четверть руки использовалась в качестве концевого эффектора.

Щупальца осьминога представляют собой устойчивые объёмные конструкции с высоким соотношением длины к ширине, поэтому могут гигантски расширяться до 70%. С автоматизированной структурой специалисты получили такое же исполнение, но с уменьшением размера на 20%. Это конкретное исследование говорит о плодотворном примере биомиметической техники, когда извлечение количественной органической информации, измеренной с помощью приборов, использовалось для принятия решений о проектировании и механических приспособлениях, не дублируя, однако, понимание стандартов и их актуализацию.

Созданные в настоящем времени, на основе исследований, предлагаемые гибридные роботизированные механизмы говорят о достойной интерпретации науки в области прикладной автономии, выходя за рамки общепринятой идеи больших механических структур и выступая в качестве теста на деликатную прикладную автономию и расширенное понимание.

Написать комментарий