Forscher der University of Texas in Austin haben eine Roboterhand entwickelt, die zerbrechliche Gegenstände wie Kartoffelchips oder Himbeeren aufnehmen kann, ohne sie zu zerdrücken. Die Technologie namens „Fragile Object Grasping with Tactile Sensing" (FORTE) kombiniert taktile Sensorik mit weicher Robotik, um die Handhabung empfindlicher Gegenstände zu verbessern.
„Derzeit sind Roboter in der Lage, große Bewegungen im Haushalt auszuführen, haben jedoch Schwierigkeiten mit wirklich feinen und delikaten Bewegungen", sagte Siqi Shang, Hauptautor einer in IEEE Robotics and Automation Letters veröffentlichten Arbeit und Doktorand am Chandra Family Department of Electrical and Computer Engineering der Cockrell School of Engineering. „Roboter können ein Hemd falten, haben jedoch möglicherweise Schwierigkeiten, Ihre Brille vorsichtig aufzuheben oder Obst aus Ihren Einkäufen zu packen. Wir glauben, dass Sensoren Robotern einen Tastsinn verleihen, mit dem sie diese Gegenstände vorsichtig behandeln können.
© The University of Texas
Die Roboterfinger basieren auf dem Fin-Ray-Effekt, einem Konstruktionsprinzip, das von Fischflossen abgeleitet ist. Die Finger wurden im 3D-Druckverfahren hergestellt und enthalten interne Luftkanäle, die als taktile Sensoren fungieren.
Wenn sich die Finger bewegen, um einen Gegenstand zu greifen, verschieben sich die Luftkanäle, was zu Änderungen des Luftdrucks führt. Kleine Sensoren erkennen diese Druckveränderungen und geben dem Roboter Echtzeit-Feedback. Anhand dieses Feedbacks kann das System erkennen, ob ein Gegenstand verrutscht.
Die Forscher testeten die Greifer an 31 Gegenständen, darunter Himbeeren, Kartoffelchips, Marmeladengläser, Billardkugeln, Suppendosen und Äpfel. Das System erzielte bei Greifversuchen mit einem einzigen Versuch eine Erfolgsquote von 91,9 %. Außerdem erkannte es 93 % der Fehlgriffe mit einer Genauigkeit von 100 %.
„Menschen greifen Objekte mit genau der richtigen Kraft; zu viel Kraft und man zerquetscht sie, zu wenig und sie rutscht einem aus der Hand", sagte Lillian Chin, Assistenzprofessorin für Elektrotechnik und Informationstechnik an der UT.
Die Sensoren sind 3D-gedruckt und können an verschiedene Formen angepasst werden. Dank der Rutscherkennungsfunktion des Systems kann der Roboter seinen Griff bei Bedarf anpassen und gleichzeitig übermäßige Kraft vermeiden.
Mögliche Anwendungsbereiche sind die Lebensmittelverarbeitung, wo Maschinen empfindliche Gegenstände wie Obst, Gemüse und Backwaren handhaben könnten, das Gesundheitswesen, wo Roboter medizinische Instrumente oder biologische Proben greifen könnten, und die Fertigung, wo empfindliche Komponenten wie Elektronik oder Glaswaren eine sorgfältige Handhabung erfordern.
Die Hardware-Entwürfe und Algorithmen wurden öffentlich zugänglich gemacht, um weitere Forschung und Entwicklung zu ermöglichen. Zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, die Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen zu verringern und die Fähigkeit des Systems zu verbessern, rutschende Objekte zu erkennen und darauf zu reagieren.
Zum Projektteam gehören Yuke Zhu, außerordentlicher Professor am Fachbereich Informatik, und der Doktorand Mingyo Seo. Die Forschung wurde vom Texas Robotics Industrial Affiliate Program, der National Science Foundation, dem Office of Naval Research, dem DARPA TIAMAT-Programm und dem südkoreanischen Institute of Information & Communications Technology Planning & Evaluation unterstützt.
Weitere Informationen:
Mike Rosen
The University of Texas
[email protected]
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