Техніка орігамі допомогла створити потужне вакуумне захоплення

Американські інженери розробили простий і недорогий пристрій для захоплення об'єктів різної форми. Воно складається з жорсткого каркасу, виконаного в техніці орігамі, і пластикової плівки. Під час роботи з внутрішніх порожнин, утворених складками плівки, відкачується повітря, завдяки чому внутрішня поверхня захоплення стискається навколо предмета, розповідають автори статті, яка буде представлена на конференції ICRA 2019.

Захоплення предметів - одна з основних прикладних областей у робототехніці, розробки з якої можна застосовувати в багатьох сферах. Наприклад, вистачаючі роботи необхідні на виробництві і складах, де їх застосування може значно підвищити ефективність роботи і знизити витрати. Крім того, надійна система захоплення об'єктів необхідна роботам, які взаємодіють з людьми і, наприклад, допомагають по дому. Зазвичай завдання захоплення предмета прийнято розбивати на дві частини: його розпізнавання за допомогою алгоритмів комп'ютерного зору і безпосередньо захоплення за допомогою апаратного забезпечення. У галузі розробки апаратури для захоплення вже створено безліч розробок, але часто в них не вдається поєднати силу захоплення, його точність і застосовність до об'єктів різної форми, а крім того, подібні пристрої часто коштують дуже дорого і їх застосування не завжди економічно доцільно.

Група інженерів під керівництвом Роберта Вуда (Robert Wood) з Массачусетського технологічного інституту створила нове захоплення, позбавлене цих недоліків. В основі пристрою лежать три основні елементи: відносно жорсткий, але впруго деформований каркас з пластику, що нагадує за формою візерунок орігамі, плівка, що робить внутрішню порожнину герметичною, а також трубка, що веде до повітряного насосу. Як основу інженери вибрали відомий лід-паттерн типу «магічна куля», форму якого можна легко міняти зі сферичної на циліндричну. Для створення повітропроникного бар'єру вони використовували два матеріали (для різних прототипів) - латексну стінку повітряної кульки і прогумовану тканину. Під час роботи пристрій розміщується над предметом і насос починає відкачувати повітря. Зниження тиску змушує орігамі-структуру стискатися, перетворюючись із сфероподібної на циліндричну, через що об'єкт надійно фіксується в захопленні.

Інженери провели експерименти з пристроєм і показали, що він здатний захоплювати предмети різної, навіть складної форми. Наприклад, воно може схопити банку за кут між стінкою і кришкою, або гуртку за її ручку. Під час експериментів пристрій захопив предмет з діаметром сім сантиметрів при діаметрі власному діаметрі в десять сантиметрів. Крім того, розробники виміряли можливості пристрою з підйому важких вантажів. При випробуваннях вони створювали всередині пристрою відносний тиск від _ 20 до ‑ 80 кілопаскалів. При відносному тиску в ‑ 60 кілопаскалів сила утримування предмета склала 120 ньютонів, що рівнозначно підняттю вантажу з масою, що приблизно в 120 разів перевищує масу пристрою.

Група Роберта Вуда і раніше займалася створенням актуаторів на основі структур орігамі. Наприклад, у 2017 році вони створили штучні м'язи, в яких використовується схожа схема з відкачуванням повітря з герметичної плівки з пластиковим орігамі-каркасом. Випробування показали, що пікова потужність таких спотворених м'язів становить близько двох кіловат на кілограм маси, що робить їх потужнішими за справжні скелетні м'язи ссавців.