Selles kontekstis on Euroopa ja Ameerika Ühendriikide uurimisrühmad astunud märkimisväärse sammu edasi järgmiste süsteemide väljatöötamisel: eemaldatavad, sümmeetrilised robotkäed, mis on võimelised iseseisvalt liikumaSee kontseptsioon murrab tavapärase lähenemisviisi, mis jäljendab inimese anatoomiat millimeetri täpsusega, ja avab ukse ülitäpsetele operatsioonidele kitsastes nurkades, raskesti ligipääsetavates kohtades või olukordades, kuhu fikseeritud käsi lihtsalt ei ulatu.
Robotkäsi, mis muutub käsivarrest sõltumatuks
Kõige rohkem pealkirju tekitav projekt tuleneb koostööst Massachusettsi Tehnoloogiainstituut (MIT) ja Šveitsi Föderaalne Tehnoloogiainstituut Lausanne'is (EPFL)Selle keskset ideed on sama lihtne sõnastada kui võimatu inimesele korrata: anda käele täielik autonoomia ülejäänud käe suhtesnii et see saaks töötada ühendatuna põhisüsteemiga või liikuda iseseisvalt, kui ülesanne seda nõuab.
Meeskond, kuhu kuulus ka silmapaistev EPFL-i inseneride rühm, mida kunagi juhtis teadlane Xiao Gao, on teadlikult vältinud inimkäe täpse koopia loomist. Selle asemel, et aktsepteerida selle piiranguid, nagu asümmeetria või raskused kitsastes ruumides töötamisel, on nad keskendunud ... spetsiaalselt robootika jaoks loodud disain ja nende bioloogiliste piirangute ületamiseks.
Praktikas saab käsi toimida tavapärase robotkäe osana üldiste ülesannete täitmiseks ja kui on vaja spetsialiseeritumat sekkumist, See eraldub ja hakkab liikuma, kasutades omaenda sõrmi tugipunktidena.See võime pindadel "kõndida" võimaldab sellel pigistada tühimikesse, õõnsustesse või struktuuridesse, kuhu põhirobot ei saaks siseneda ilma poolt keskkonda lammutamata.
See lähenemine sobib nn. trendiga. üldotstarbeline robootikaSee ei püüa lihtsalt inimese osavusega sammu pidada, vaid püüab minna sammu edasi mitmekülgsuse, ulatuse ja liikumisulatuse osas. Seega on eemaldatav käsi mõeldud pigem inimkäe funktsionaalse evolutsioonina kui pelgalt mehaanilise koopiana.
Sümmeetriline disain ja muudetav sõrmekonfiguratsioon
Üks prototüübi silmapaistvamaid omadusi on selle täiesti sümmeetriline arhitektuurTeadlased on välja töötanud kaks versiooni, ühe viie ja teise kuue sõrmega, mõlemal on peopesa läbimõõt umbes 16 sentimeetrit ja sõrmede jaotus, mis erineb tüüpilisest inimese konfiguratsioonist, kus on neli sõrme ja ühel küljel pöial.
Tänu sellele geomeetriale Haaramisel võib iga sõrmepaar toimida samaväärseltKäel pole "head" ja "halba" poolt, seega saab see objektile läheneda mitmest suunast ilma efektiivsust kaotamata. See sümmeetria on eriti kasulik siis, kui käsi on lahti ühendatud ja peab manööverdama kitsastes kohtades, kus ümberpaigutamise varu on väga väike.
Lisaks on insenerid töötanud selle nimel, et oluliselt laiendada iga sõrme liikumisulatus ja haardevõimeEesmärk on, et üks sõrm saaks vastu seista ükskõik millisele teisele, mitte ainult ühele pöidlale, mitmekordistades seeläbi võimalike haardekombinatsioonide arvu. See lisavabadus tähendab erineva kuju ja suurusega objektide paremat kontrolli.
Teine oluline element on see, et käsi on loodud pakkuma haardu nii edasi kui ka tagasiTeisisõnu, see ei piirdu ainult esemete hoidmisega oma esipinnal, vaid suudab neid ka tööriistade käsitsemise või muude elementide kallal töötamise ajal toetada. See "kahepoolne" võimekus võimaldab näiteks hoida ühte eset ja samaaegselt kasutada tööriista teise sõrmepaariga ilma teist kätt vajamata.
See keskendumine funktsionaalsele manipuleerimisele on vastuolus paljude robootikaprojektide klassikalise lähenemisviisiga, mille eesmärk oli inimese anatoomiat peaaegu detailselt reprodutseerida. Siin ei ole prioriteediks bioloogiline täpsus, vaid tegevustõhusus.Sellel on otsene tähendus tööstuslikes või keerukates kontrollkeskkondades.
Autonoomne liikumine ja järjestikune objektide otsing
Kui käsivarrest eraldub, tuleb mängu selle kõige silmatorkavam aspekt: võime autonoomselt pindadel liikudaKasutades oma sõrmi koordineeritud tugipunktidena, suudab seade roomata, edasi liikuda ja end ümber orienteerida, et leida ja üles korjata objekte, mis asuvad põhiroboti tavapärasest ulatusest kaugemal.
Teadlaste endi kirjeldatud katsetes on käsi näidanud, et see suudab hankida kuni kolm üksust järjest ja seejärel kinnitamiseks käe juurde tagasi, säilitades kogu aeg stabiilse haarde osadest, mida see kannab. See igapäevaste esemetega testitud järjestus illustreerib selgelt, milliste ülesannete jaoks see on loodud.
Katsete ajal objekte, näiteks papptorud, kummist pallid, markerid ja metallpurgidKõik need valiti tüüpiliste stsenaariumide simuleerimiseks ladudes, töökodades või tootmisliinidel. Tulemused näitavad, et käsi suudab kindlalt haarata mitmesuguseid kujundeid ja tekstuure, säilitades stabiilsuse isegi liikumise ajal.
Seade on suutnud paljundada 33 erinevat tüüpi inimese haaretSee on märkimisväärne arv, arvestades bioloogilise käe keerukust. Lisaks on see raskusteta käsitsenud kuni umbes 2 kilogrammi kaaluvaid esemeid, mis on piisav laiaulatuslikeks toiminguteks, mis hõlmavad komponentide, tööriistade või materjalidega manipuleerimist tööstus- ja teenindussektoris.
See tulemus kinnitab uuringu autorite sõnul, et sümmeetriline arhitektuur ja funktsionaalne lahtisidumine Need võimaldavad meil ületada mõningaid traditsiooniliste robotkäte klassikalisi piiranguid, mis on loodud pigem fikseeritud ülesannete kordamiseks kui improviseerimiseks muutuvates või raskesti ligipääsetavates keskkondades.
Rakendused tööstuses, päästetöödel ja uurimistöödel
Selle eemaldatava käe peamine eesmärk on selgelt tööstuslik, nii seadmete ja rajatiste kontroll ja remontTehastes või töötlemisettevõtetes vähendab võimalus ulatuda nurka, korpusesse või kitsasse torusse ainult käsitsi vajadust sulgeda terveid torusid või lammutada konstruktsioone, et pääseda ligi konkreetsele punktile.
Hooldusstsenaariumides pakub see autonoomia huvitavat alternatiivi suuremahuliste tööriistade kasutamisele. Käe saab sisestada elektrikilpidesse, keerukatesse masinatesse või kaetud aladele. kuhu jäigal käel oleks lisakahjustusi tekitamata suuri raskusi ulatuda. Kui see on sees, saab see käsitseda hoobasid, kruvisid, kaableid või muid komponente täpselt nagu treenitud inimkätt.
Teadlased toovad esile ka selle potentsiaali ülesannetes, mis hõlmavad järgmist: pääste- ja uurimistööSuletud ruumides, varingutes või maa-aluses infrastruktuuris töötades võiks eemaldatav käsi toimida omamoodi kombatava uurijana, mis on võimeline liikuma kitsastes käikudes, kontrollima konstruktsioonide seisukorda või leidma õrnu esemeid, seadmata inimesi ebavajalikele ohtudele.
Uurimismissioonidel, nii raskesti ligipääsetavates looduskeskkondades kui ka keerukates teaduslikes või tehnilistes rajatistes, on vaja robotkätt, mis See ei sõltu otsesest vaateväljast ega käeulatuse kauguselt. See avab uusi võimalusi. Näiteks võiks see tungida kivimiõõnsustesse, torudesse või kanalitesse, et võtta proove, paigutada andureid või aktiveerida mehhanisme.
Üldiselt sobib see tehnoloogia hästi praeguse trendiga modulaarsemad ja mitmekülgsemad robotsüsteemidKus Erinevad spetsiaalsed "moodulid" töötavad koos keeruliste ülesannete lahendamiseksEemaldatav käsi on üks neist võtmemoodulitest, mis on loodud peeneks manipuleerimiseks kohtades, kuhu teised robotid või tööriistad kergesti ei pääse.
Silmapaistvad väljakutsed ja järgmised sammud arengus
Vaatamata saavutatud tulemustele väidavad projekti eest vastutajad ise, et See on endiselt laborifaasis olev prototüüpSelle reaalsetes rakendustes kasutamiseks on vaja ületada mitmeid tehnilisi ja integreerimisega seotud väljakutseid teiste robotisüsteemidega.
Üks lahendamata küsimusi on käe soorituse valideerimine suuremate, raskemate või ebatavalise geomeetriaga objektidSiiani on see näidanud head jõudlust suhteliselt hallatavate elementidega, kuid igapäevane kasutamine tööstuses või päästetöödel tekitab lisaprobleeme mahukate osade, ebakorrapäraste pindade või nõudlikumate materjalide näol.
Teine täiustamist vajav aspekt on käe kohandamine mitmekesised töötingimusedAlates mustuse, tolmu või niiskusega keskkondadest kuni vibratsiooni või häiretega stsenaariumideni peab see tõeliselt kasuliku olemise tagamiseks näitama sama vastupidavust, mida nõutakse teistelt tööstusseadmetelt, ohverdamata seejuures oma iseloomulikku täpsust.
Teadlased rõhutavad ka vajadust integreerida see tehnoloogia tegelikud töövoodLisaks kontrollitud katsetele on idee rakendada tehnoloogiat konkreetsetes ülesannetes tehastes, teenindusasutustes või kriitilises infrastruktuuris, kus see saab töötada koos juba kasutusele võetud robotitega ja demonstreerida oma panust tõhususe ja ohutuse osas.
Keskpikas perspektiivis pakub meeskond ise välja, et see töösuund võib viia paradigma muutus robotkäte kontseptsioonisSelle asemel, et jätkata inimese anatoomia jäljendamist viimse detailini, võiks uurimistöö olla suunatud üha funktsionaalsematele, sümmeetrilisematele ja modulaarsematele disainidele, mis on optimeeritud tööstuse ja uuringute tegelikele vajadustele nii Euroopas kui ka teistes piirkondades, kus automatiseerimine on populaarsust kogumas.
Eemaldatavate robotkäte, sümmeetrilise disaini ja kõrge tehnilise osavuse kombinatsioon viitab palju paindlikumale robootikale kui see, mida me tänapäeval tehastes või laborites näeme; kui need lahendused suudavad läbida katsed väljaspool uurimiskeskkonda, võivad need saada võtmeelemendiks ohutuks ja täpseks töötamiseks kitsastes ruumides, keerukates rajatistes ja missioonidel, kus autonoomse käe paindlikkus on määrava tähtsusega.
