Ученые из Университета Северной Каролины (NC State) создали роботизированный захват, разработанный по принципу древнеяпонского искусства киригами. Необычная конструкция позволяет захвату сочетать огромную силу с поразительной деликатностью прикосновения.
Такие захваты могут поднимать вес, в 16 тыс. раз превышающий их собственный. При этом они достаточно деликатны, чтобы с их помощью можно было складывать одежду, удерживать каплю воды и сверхтонкие микроволокна и даже аккуратно перелистывать страницы книг. Устройство имеет колоссальный спектр потенциальных применений - от протезирования до минимально инвазивной хирургии и исследования глубин океана.
Древнеяпонское искусство киригами
“Сложно разработать единое мягкое захватывающее устройство, способное работать с ультрамягкими, ультратонкими и тяжелыми объектами из-за компромиссов между прочностью, точностью и нежностью. Наш дизайн добивается отличного баланса этих характеристик”, - говорит Джи Йин, один из авторов исследования.
Чтобы быть полезным в различных ситуациях, идеальное захватывающее устройство должно быть способно обращаться с деликатными предметами, но также выполнять сложные задачи, требующие большой силы. Чтобы объединить эти противоречивые свойства, инженеры обратились к киригами - японскому искусству вырезания из бумаги.
В киригами, тесно связанном с оригами, плоская бумага складывается и разрещается особым способом, чтобы получались сложные трехмерные формы. Исследователи обнаружили, что захватывающее устройство, созданное по принципу киригами, может обладать уникальными преимуществами.
"Прочность роботизированных захватывающих устройств обычно измеряется в соотношении грузоподъемности к весу. Наши захватывающие устройства весят 0,4 грамма, но могут поднимать до 6,4 килограмм. Это соотношение грузоподъемности к весу составляет около 16 тыс”, - говорят разработчики.
Масса потенциальных применений
Полученное захватывающее устройство может применяться в самых различных сферах.
“Вы можете изготовить захватывающие устройства из биоразлагаемых материалов, таких как прочные листья растений. Это может быть особенно полезно для ситуаций, в которых вы хотели бы использовать захватывающие устройства только в ограниченный период времени, например, при работе с пищей или биомедицинскими материалами. Например, мы показали, что захватывающие устройства могут использоваться для обработки острых медицинских отходов, таких как иглы”, - говорит Яоэ Хонг, главный автор исследования.
В ходе экспериментов исследователи интегрировали свои захваты в бионический протез руки, продемонстрировав, что они позволяют перелистывать страницы книги и аккуратно собирать ягоды винограда с лозы.
“Это устройство значительно расширило возможности для выполнения задач, которые трудно выполнять с использованием существующих протезных устройств, таких как застегивание некоторых типов молний или подбирание монеты. Новое захватывающее устройство не может заменить все функции существующих протезных рук, но оно может быть использовано в дополнение к другим функциям. И одним из преимуществ киригами -захватов является то, что вам не нужно заменять или усиливать существующие моторы протезов. Вы можете использовать существующие моторы при использовании новых захватов”, - говорит соавтор исследования Хелен Хуанг.
Впрочем, новаторские захваты можно применять во многих других областях.
“Мы считаем, что дизайн захватывающих устройств имеет потенциальные применения в области роботизированных протезов, обработки пищевых продуктов, производства фармацевтических и электронных изделий. Мы с нетерпением ждем сотрудничества с партнерами из промышленности, чтобы найти способы применения для этой технологии”, - говорит Йин.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
