Soft-Assistenz-Roboter-Wearables erhalten einen Schub durch ein schnelles Design-Tool

Bildnachweis: MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab

Weiche, pneumatische Aktuatoren sind vielleicht kein Begriff, der in täglichen Gesprächen auftaucht, aber wahrscheinlicher, als dass Sie von ihrer Nützlichkeit profitiert haben. Die Geräte verwenden Druckluft, um Bewegung anzutreiben, und mit Sensorfunktionen haben sie sich als kritisches Rückgrat in einer Vielzahl von Anwendungen wie unterstützenden Wearables, Robotik und Rehabilitationstechnologien erwiesen.

Aber es gibt einen kleinen Engpass bei der Entwicklung der kleinen dynamischen Geräte, die Vorteile wie hohe Antwortraten und Leistungs-Eingangs-Verhältnisse haben. Sie erfordern eine manuelle Design- und Fertigungspipeline, was zu vielen Trial-and-Error-Zyklen führt, um tatsächlich zu testen und zu sehen, ob die Designs funktionieren.

Wissenschaftler des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) des MIT haben eine skalierbare Pipeline entwickelt, um weiche pneumatische Aktuatoren namens „PneuAct“ rechnerisch zu entwerfen und digital herzustellen.

PneuAct verwendet ein Maschinenstrickverfahren, das dem Plastiknadelstricken Ihrer Oma nicht unähnlich ist, aber diese Maschine arbeitet autonom. Ein menschlicher Designer gibt einfach die Stich- und Sensordesignmuster in der Software an, um zu programmieren, wie sich der Aktuator bewegen wird, und es kann dann vor dem Drucken simuliert werden. Das Textilstück wird von der Strickmaschine hergestellt, die an einem kostengünstigen, handelsüblichen Gummi-Silikonschlauch befestigt werden kann, um den Aktuator zu vervollständigen.

Der gestrickte Aktuator integriert leitfähiges Garn zum Erfassen, sodass die Aktuatoren „fühlen“, was sie berühren. Das Team hat mehrere Prototypen entwickelt, die einen Hilfshandschuh, eine weiche Hand, einen interaktiven Roboter und einen pneumatischen Vierbeiner umfassen. Ihre Prototypen, die durch die Verwendung von gelbem Stoff ein wenig wie Bananenfinger aussehen, umfassten einen Hilfshandschuh, eine weiche Hand, einen interaktiven Roboter und eine Pneumatik Vierbeiniger Roboter.

Während es im Laufe der Jahre viel Bewegung in der Hardwareentwicklung von weichen pneumatischen Aktuatoren gegeben hat – ein Prototyp eines kollaborativen Roboters aus dem Jahr 2019 verwendete solche Aktuatoren, um menschenähnliches Greifen in seinen Händen zu reproduzieren – haben sich die Designwerkzeuge nicht ganz so stark verbessert Geschwindigkeit . Alte Verfahren haben typischerweise Polymere und Formteile verwendet, aber Wissenschaftler verwendeten eine Kombination aus elastischen und sensorischen Nähten (mit leitfähigem Garn), die das Programmieren des Biegens von Aktuatoren beim Aufblasen und die Fähigkeit zum Integrieren von Feedback aus der realen Welt ermöglicht.

Bildnachweis: MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab

Beispielsweise nutzte das Team die Aktuatoren, um einen Roboter zu bauen, der spürte, wenn er gezielt berührt wurde menschliche Händeund reagierte auf diese Berührung.

Der Handschuh des Teams kann von einem Menschen getragen werden, um die Bewegung der Fingermuskeln zu ergänzen und die Menge an Muskelaktivität zu minimieren, die zum Ausführen von Aufgaben und Bewegungen erforderlich ist. Dies könnte ein großes Potenzial für Personen mit Verletzungen, eingeschränkter Mobilität oder anderen Traumata an den Fingern bergen. Die Methode kann auch verwendet werden, um ein Exoskelett herzustellen (tragbare Robotereinheiten, die von einem Computer gesteuert werden und die menschliche Bewegung ergänzen und Fortbewegung und Bewegung wiederherstellen); Beispielsweise haben die Autoren einen Ärmel entwickelt, der dem Träger helfen kann, seinen Ellbogen, sein Knie oder andere Körperteile zu beugen.

„Die Verwendung des digitalen Maschinenstrickens, das in der heutigen Textilindustrie eine weit verbreitete Herstellungsmethode ist, ermöglicht das ‚Drucken‘ eines Designs in einem Durchgang, wodurch es viel skalierbarer wird“, sagt Yiyue Luo, MIT CSAIL Ph.D. Studentin und Hauptautorin eines neuen Artikels über die Forschung. “Sanft pneumatische Stellantriebe sind von Natur aus nachgiebig und flexibel und in Kombination mit intelligenten Materialien zum Rückgrat vieler Roboter und Hilfstechnologien geworden – und eine schnelle Fertigung mit unserem Designtool kann hoffentlich die Benutzerfreundlichkeit und Allgegenwärtigkeit erhöhen.

Sensoren verstehen

Eine Art der Sensorik, die das Team eingebaut hat, war die „Widerstandsdruckmessung“, bei der der Aktuator Druck „sendet“. Wenn zum Beispiel bei der Herstellung eines Robotergreifers etwas gegriffen wird, erkennt der Drucksensor, wie viel Kraft auf das Objekt ausgeübt wird, und versucht dann zu sehen, ob das Greifen erfolgreich ist oder nicht. Die andere Art ist die „kapazitive Erfassung“, bei der der Sensor einige Informationen über die Materialien erkennt, mit denen der Aktuator in Kontakt kommt.

Während der Aktuator robust ist – bei keinem ihrer Experimente brachen Garne, besteht eine Einschränkung des Systems darin, dass sie auf röhrenförmige Aktuatoren beschränkt waren, da sie sehr einfach von der Stange zu kaufen sind. Ein logischer nächster Schritt ist die Untersuchung von Aktuatoren unterschiedlicher Formen, um nicht durch diese einzelne Struktur eingeschränkt zu werden. Eine weitere Erweiterung, die die Wissenschaftler untersuchen werden, ist die Erweiterung des Tools um ein aufgabengesteuertes, optimierungsbasiertes Design, bei dem Benutzer Zielposen und optimale Stichmuster angeben können, die automatisch synthetisiert werden können.

„Unser Software-Tool ist schnell und einfach zu bedienen und zeigt eine genaue Vorschau der Designs der Benutzer an, sodass sie schnell virtuell iterieren können, während sie nur einmal herstellen müssen. Aber dieser Prozess erfordert immer noch einige Versuche und Irrtümer von Menschen. Kann ein Computer argumentieren darüber, wie Textilien physisch in Aktuatoren programmiert werden sollten, um ein reichhaltiges, sensorgesteuertes Verhalten zu ermöglichen? Das ist die nächste Grenze “, sagt Andrew Spielberg, Postdoktorand in Materialwissenschaften und Maschinenbau an der Harvard University, ein weiterer Autor des Papiers.

Das Papier wurde über die veröffentlicht CHI-Konferenz zu menschlichen Faktoren in Computersystemen.


Die Technik beschleunigt die thermische Betätigung für weiche Robotik


Mehr Informationen:
Yiyue Luo et al, Digital Fabrication of Pneumatic Actuators with Integrated Sensing by Machine Knitting, CHI-Konferenz zu menschlichen Faktoren in Computersystemen (2022). DOI: 10.1145 / 3491102.3517577

Bereitgestellt vom MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab

Zitat: Soft assistive robotic wearables get a boost from rapid design tool (2022, 3. Mai), abgerufen am 3. Mai 2022 von https://techxplore.com/news/2022-05-soft-robotic-wearables-boost-rapid.html

Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Abgesehen von einem fairen Handel zum Zwecke des privaten Studiums oder der Forschung darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient nur zu Informationszwecken.

Leave a Comment