Nếu bạn đã từng chơi trò vuốt tại một máy trò chơi điện tử, bạn sẽ biết việc nắm và giữ đồ vật bằng dụng cụ gắp rô-bốt khó đến mức nào.
Hãy tưởng tượng trò chơi đó sẽ căng thẳng đến mức nào nếu, thay vì những con thú nhồi bông sang trọng, bạn đang cố lấy một mảnh san hô mỏng manh đang bị đe dọa hoặc một cổ vật vô giá từ một con tàu bị chìm.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu khuyến khích các nhà bán lẻ sử dụng AI để phục vụ khách hàng tốt hơn.
Hầu hết các dụng cụ kẹp rô-bốt ngày nay đều dựa vào các cảm biến nhúng, vòng phản hồi phức tạp hoặc thuật toán máy học tiên tiến, kết hợp với kỹ năng của người vận hành, để kẹp các vật thể dễ vỡ hoặc có hình dạng bất thường.
Nhưng các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) đã chứng minh một cách dễ dàng hơn.
Lấy cảm hứng từ thiên nhiên, họ đã thiết kế một loại dụng cụ gắp rô-bốt mềm mới sử dụng một tập hợp các xúc tu mỏng để quấn và bẫy các vật thể, tương tự như cách sứa thu thập con mồi bị choáng.
Một mình, các xúc tu hoặc sợi riêng lẻ rất yếu. Nhưng cùng nhau, tập hợp các sợi có thể nắm và giữ chắc chắn các vật nặng và có hình dạng kỳ lạ. Kẹp gắp dựa vào khả năng bơm phồng đơn giản để quấn quanh các vật thể và không yêu cầu cảm biến, lập kế hoạch hoặc kiểm soát phản hồi.
>> Tham khảo: Giới hạn khai thác lithium từ nước nóng.
Nghiên cứu đã được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS).
Kaitlyn Becker, cựu nghiên cứu sinh và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại SEAS và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Với nghiên cứu này, chúng tôi muốn hình dung lại cách chúng ta tương tác với các vật thể.
“Bằng cách tận dụng khả năng tuân thủ tự nhiên của rô-bốt mềm và tăng cường nó bằng cấu trúc tuân thủ, chúng tôi đã thiết kế một bộ kẹp lớn hơn tổng các bộ phận của nó và một chiến lược kẹp có thể thích ứng với nhiều loại vật thể phức tạp với khả năng lập kế hoạch và nhận thức tối thiểu .”
Becker hiện là Trợ lý Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí tại MIT.
Sức mạnh và khả năng thích ứng của kẹp gắp đến từ khả năng tự cuốn vào vật thể mà nó đang cố nắm lấy. Các sợi dài bằng chân là các ống cao su rỗng. Một bên ống có cao su dày hơn bên còn lại nên khi tăng áp ống sẽ cong như bím tóc hoặc như tóc duỗi ngày mưa.
Các lọn tóc thắt nút và vướng víu với nhau và đối tượng, với mỗi sự vướng víu sẽ tăng cường độ giữ. Mặc dù lực giữ tập thể rất mạnh, nhưng mỗi lần tiếp xúc lại yếu và sẽ không làm hỏng vật thể mỏng manh nhất. Để giải phóng đối tượng, các sợi chỉ đơn giản là giảm áp suất.
>> Tham khảo: Biến đổi khí hậu tác động đến các ngọn núi trên quy mô toàn cầu.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các mô phỏng và thử nghiệm để kiểm tra hiệu quả của dụng cụ gắp, nhặt nhiều loại đồ vật, bao gồm nhiều loại cây trồng trong nhà và đồ chơi.
Kẹp gắp có thể được sử dụng trong các ứng dụng trong thế giới thực để gắp trái cây và rau quả mềm cho sản xuất và phân phối nông nghiệp, mô mỏng trong môi trường y tế, thậm chí cả những đồ vật có hình dạng bất thường trong nhà kho, chẳng hạn như đồ thủy tinh.
Phương pháp gắp mới này kết hợp nghiên cứu của Giáo sư L. Mahadevan về cơ học cấu trúc liên kết của các sợi vướng víu với nghiên cứu của Giáo sư Robert Wood về dụng cụ gắp robot mềm.
Mahadevan, Giáo sư Toán học Ứng dụng Lola England de Valpine cho biết: “Sự vướng víu cho phép mỗi dây tóc có tính tuân thủ cao phù hợp cục bộ với đối tượng mục tiêu dẫn đến khả năng nắm bắt cấu trúc liên kết an toàn nhưng nhẹ nhàng, tương đối độc lập với các chi tiết về bản chất của tiếp xúc”. SEAS, và Sinh học tiến hóa và hữu cơ, và Vật lý trong FAS và đồng tác giả tương ứng của bài báo.
Giáo sư Kỹ thuật Wood, Harry Lewis và Marlyn McGrath, cho biết: “Cách tiếp cận mới này đối với việc gắp bằng robot bổ sung cho các giải pháp hiện có bằng cách thay thế các dụng cụ kẹp truyền thống, đơn giản đòi hỏi các chiến lược kiểm soát phức tạp bằng các sợi cực kỳ tuân thủ và phức tạp về mặt hình thái có thể hoạt động với sự kiểm soát rất đơn giản” và Khoa học ứng dụng và đồng tác giả của bài báo. “Cách tiếp cận này mở rộng phạm vi của những gì có thể nhặt được bằng dụng cụ gắp rô-bốt.”
>> Tham khảo: Điều khiển từ xa để chuyển gen.
Nghiên cứu do Clark Teeple, Nicholas Charles, Yeonsu Jung, Daniel Baum và James C. Weaver đồng tác giả. Nó được hỗ trợ một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, dưới sự tài trợ N00014-17-1-206 và Quỹ Khoa học Quốc gia dưới sự tài trợ EFRI-1830901, DMR-1922321, DMR-2011754, DBI-1556164, và EFMA-1830901 và Simons và Quỹ Henri Seydoux.
