Ett team av Kaliforniens forskare har utvecklat en robotgripare som kombinerar geckotårens vidhäftningsegenskaper och anpassningsförmågan hos luftdrivna mjuka robotar för att förstå en mycket större variation av objekt än teknikens ståndpunkt.

Forskare kommer att presentera sina resultat vid 2018 International Conference on Robotics and Automation 21 till 25 maj i Brisbane, Australien. Griparen kan lyfta upp till 45 kg. och kan användas för att greppa föremål i en mängd olika inställningar, från fabriksgolv till den internationella rymdstationen.

Geckos är kända som naturens bästa klättrare på grund av en sofistikerad gripmekanism på tårna. I tidigare arbeten, forskare vid Stanford University och Jet Propulsion Laboratory återskapade den mekanismen med ett syntetiskt material som kallas ett gecko-inspirerat lim. Detta material användes främst på plana ytor som väggar. I det pågående arbetet, forskare gick ihop med ingenjörer vid University of California San Diego. Teamet belagde fingrarna på en mjuk robotgripare med geckolimet, låta den få ett fastare grepp om ett brett spektrum av föremål, inklusive rör och muggar, samtidigt som han fortfarande kan hantera grova föremål som stenar. Griparen kan också greppa föremål i olika positioner, till exempel gripa en mugg i många olika vinklar.

Forskare visade att griparen kunde greppa och manipulera grov, porösa och smutsiga föremål, såsom vulkaniska bergarter - en uppgift som vanligtvis är utmanande för geckolim. Det var också möjligt att plocka upp bitar av stora, cylindriskt rör - en uppgift som vanligtvis är svår för mjuka robotgripare.

"Vi insåg att dessa två komponenter, mjuk robotik och geckolim, kompletterar varandra riktigt bra, "sa Paul Glick, tidningens första författare och en doktorsexamen student i Bioinspired Robotics and Design Lab vid Jacobs School of Engineering vid UC San Diego.

Gecko är en av naturens bästa klättrare, tack vare miljontals mikroskopiska hårstrån, med funktioner cirka 20 till 30 gånger mindre än ett människohår, som gör att den kan klättra på praktiskt taget vilken yta som helst. Håren slutar i små nanostrukturer som interagerar på atomnivå med molekyler på ytan som geckot försöker greppa. Denna interaktion, drivs av det som kallas van der Waals styrkor, gör att geckoens tår enkelt fäster och lossnar efter behov. Forskare vid JPL använder syntetmaterial och liknande uppsättningar med mikroskopiska egenskaper för att utnyttja kraften hos van der Waals krafter och visade att dessa lim behåller många av samma egenskaper som tårna på djur som inspirerade dem.

Eftersom geckolim drivs av molekylära interaktioner mellan ytor, de fungerar bäst när de har en stor kontaktyta. Att belägga insidan av de mjuka robotfingrarna med dessa lim maximerar mängden ytarea de kommer i kontakt med, säkerställer ett bättre grepp.

Ingenjörsteamet löser två olika problem i detta dokument.

Först, forskare vid UC San Diego satte igång att se till att griparens fingrar skulle behålla konstant kontakt med ytan på ett föremål. Ett vanligt problem med luftdrivna mjuka fingrar är att de tenderar att bukta i mitten när de blåses upp, minska denna ytkontakt.

Glick hittade en studie från 1970 -talet som gav de ekvationer som behövs för att lösa problemet i designprocessen. Detta gjorde det möjligt för forskare att få griparen att tillämpa de rätta krafterna längs hela längden på fingrarna.

För det andra, forskarna fokuserade på att fördela krafter på ytor som inte är plana för att optimera prestandan hos geckoinspirerade lim. Forskarna hittade ett sätt att fördela kraft längs en mjuk, flexibel gripare, samtidigt som den tillverkningsprecision som krävs för limen bibehålls.

Teamet gjorde detta genom att använda ett höghållfast tyg inbäddat i fingret som lätt kan böjas men motstår sträckning för att stödja större belastningar. Fingrarna är fastspända till en bas, som håller den lätt töjbara silikonen från att deformeras utöver vad som behövs. Denna kombination av mjuka och styva material låter griparen anpassa sig till många föremål samtidigt som den klarar stora krafter.

Själva geckolimmen tillverkas i en trestegsprocess. En original mästergecko -limform med miljontals mikroskopiska strukturer görs i ett rent rum med hjälp av en fotolitografiprocess. Sedan, vaxkopior av huvudformen kan göras till låg kostnad. Forskarna kan sedan göra så många kopior av de självhäftande arken från vaxformen som de ofta vill med hjälp av en process som kallas spinnbeläggning. Detta gör att de kan göra 10 till 20 självhäftande ark på under en timme. Under tiden, själva mjuka robotgriparen är gjuten i 3D-tryckformar och är gjord av silikonbaserat gummi.

Nästa steg i forskningen inkluderar att utveckla algoritmer för grepp som drar fördel av limen, och undersöker användningen av denna gripare för noll-gravitation och rymdoperationer.