Робот за $100. Простая конструкция BioflexBot превзошла человеческую руку в ключевых движениях

Вместо копирования анатомии кисти исследователи выбрали другой подход: воспроизвести не строение руки, а её основные функциональные возможности. BioflexBot управляется всего двумя пневматическими входами, а механическая конструкция преобразует давление сжатого воздуха в сложные движения.

Такой принцип значительно упрощает устройство робота и потенциально снижает стоимость, массу и сложность управления.

Два входа — несколько типов движений

Эксперименты показали, что BioflexBot способен выполнять четыре базовых типа действий: сжимать, вращать, зацеплять и захватывать объекты.

В ходе испытаний робот смог выполнять операции, требующие аккуратного обращения с небольшими предметами. Например, он манипулировал иглой для акупунктуры и транспортировал жидкость с помощью пипетки — действия, которые потенциально применимы в лабораторных и медицинских системах.

При вращении крышки бутылки BioflexBot развивал усилие почти в четыре раза выше человеческой руки. Робот также смог зафиксировать такие предметы, как ящик с инструментами и очки.

Ещё одной особенностью конструкции стал широкий диапазон размеров захватываемых объектов. По данным исследователей, робот способен работать с объектами, размеры которых могут почти в 13 раз превышать показатели сопоставимых роботизированных систем.

Сильнее и дальше человеческой руки

Преимущество BioflexBot проявляется не только в силе захвата. Конструкция способна вытягиваться и сжиматься примерно в 3,5 раза сильнее человеческой руки, что расширяет рабочий диапазон манипулятора.

Это позволяет использовать его там, где обычному роботу требуется несколько степеней свободы или дополнительный механизм позиционирования. BioflexBot может захватывать предметы сложной формы, доставать объекты из ограниченного пространства и последовательно перемещать несколько объектов.

Исследователи уже продемонстрировали несколько потенциальных сценариев применения системы: осмотр лопаток авиационных двигателей, выполнение бытовых операций в составе гуманоидного робота и проведение химических экспериментов.

Функция важнее формы

Разработка, опубликованная в Advanced Science, демонстрирует альтернативный подход к созданию роботизированных манипуляторов. Вместо стремления воспроизвести сложную анатомию человеческой кисти исследователи используют так называемый структурный и физический интеллект, когда геометрия и механические свойства конструкции сами обеспечивают значительную часть требуемого поведения.

Это особенно важно для робототехники, поскольку увеличение числа приводов и степеней свободы повышает не только функциональность, но и стоимость, массу, энергопотребление и сложность алгоритмов управления.

«В отличие от большинства роботизированных рук, которые копируют человеческую форму с высокими затратами на аппаратное обеспечение и управление, наш подход сосредоточен исключительно на имитации функций, а не формы», — отмечают авторы исследования.

В дальнейшем учёные планируют превратить BioflexBot из экспериментального прототипа в полностью автоматизированную робототехническую платформу.

Главный результат работы заключается в том, что для создания универсального манипулятора необязательно воспроизводить сложнейшую конструкцию человеческой руки. Иногда более эффективным оказывается противоположный путь — минимизировать механику и позволить самой конструкции выполнять часть работы, которую обычно приходится поручать приводам и алгоритмам управления.