Az emberi kézéhez hasonló „finom” fogást tanulják a robotok

Aratórobotok, tengeralatti fogókarok és távoli bolygók autonóm járműveinek fejlesztése a jövőben univerzálisabbá és önállóbbá válhat – a drezdai Fraunhofer Anyag- és Sugártechnológiai Intézet (Fraunhofer IWS) kutatói azon dolgoznak, hogy ezek a gépek „érezni” tudjanak. Különböző projektekben akadémiai és ipari partnerekkel közösen biomimetikus, mesterséges fogókarokat fejlesztenek. Ehhez 3D nyomtatási, adagoló nyomtatási és egyéb technológiákat kombinálnak, miközben a halak is fontos inspirációt jelentenek.

A koncepció lényege, hogy rugalmas, 3D-nyomtatott fogókar-érzékelőket használnak annak felismerésére, mennyire szorosan kell megfogniuk valamit anélkül, hogy kárt tennének benne. A technikai rendszerek, például robotok és más gépek „finoman” megtanulhatnának fogni, hasonlóan az emberi kézhez. Jövőbeni alkalmazások közé tartozhatnak például olyan aratórobotok, amelyek a szamócát sérülés nélkül szedik le.

Az olyan nyilvános finanszírozású projektekben, mint a „BioGrip” vagy a „Nature4Nature”, a kutatók a természet által inspirálva oldanak meg problémákat. Igyekeznek megérteni a biológiai elveket, technológiailag utánozni őket, majd továbbfejleszteni. Ezt a megközelítést bionikának vagy biológizációnak nevezik. „Az additív gyártás technológiai fejlődése lehetővé teszi, hogy sokkal több biológiai koncepciót alkalmazzunk, mint korábban” – hangsúlyozza Hannes Lauer, a Fraunhofer IWS mechatronikai mérnöke, aki a BioGrip projektet vezeti. „A természet tele van megoldásokkal. Ha mérnökként nem jutunk előre, mindig érdemes a természet ötleteihez fordulni.”

A FinRay-hatás: a természetes megfogás elve

A BioGrip projektben a kutatók a halak uszonyainál megfigyelt „finray-hatást” hasznosították, amely során az uszony a nyomás hatására nem elkerülő, hanem ellenmozgást végez, ezáltal körülöleli az erőt. A halak ezt az elvet mozgásuk megkönnyítésére használják. A mérnökök ezt a jelenséget alkalmazták a BioGrip projektben 2021 közepe és 2023 eleje között. Az így kifejlesztett FinRay-szerkezetű megfogók érzékelőkkel vannak felszerelve, amelyek gyengéden meg tudják fogni az objektumokat. Az adagoló nyomtató ezután ezüstpasztából készült finom szerkezeteket alkalmaz a megfogó felületén, amelyeket infravörös sugárzással tesznek funkcionálissá. Az ilyen struktúrák, például a 250 mikrométer széles vezetőpályákból álló minták lehetővé teszik a megfogó feszültségének valós idejű meghatározását.

A nyomtató vékony ezüstrétegeket és szigetelő anyagokat is felvisz egymásra a megfogó ujjain, így egy lapos kondenzátort hozva létre. Ha külső erő préseli össze a két ezüstréteget, a kondenzátor kapacitása megváltozik, ami lehetővé teszi a megfogóra ható erő meghatározását. Az adagoló nyomtató emellett tapintásérzékeny és más felszíni érzékelőket is elő tud állítani. Ezek mikrorendszerekkel kombinálva különféle emberi kézfunkciókat képesek szimulálni. Például elképzelhető, hogy az objektum súlyát gyengéd rázással becsüljék meg.

Bionikus fogókarok Marsra és tengerfenékre

Az additív nyomtatási eljárások és egyéb technológiák kombinációja révén autonóm fogókarok hozhatók létre, amelyek „érzik”, mit fogtak meg. Az ipar és a kutatás érdeklődése már most növekszik a technológia iránt. Felmerült például minták gyűjtése Marsról, amelyek alakja kiszámíthatatlan. Élelmiszeripari cégek ilyen robotokkal óvatosan válogathatnák és csomagolhatnák az almákat vagy más gyümölcsöket. Biológusok tapintásérzékeny fogókarokat használhatnának kisebb tengeri sünök, tengeri uborkák és más tengeri élőlények sérülésmentes gyűjtésére. A további alkalmazási lehetőségek is sokat ígérnek.

A projektpartnerek célja, hogy ezeket és hasonló képességeket olyan öntisztító szűrőkre is átültessék, amelyek képesek mikroműanyag-részecskéket kiszűrni a szennyvízből. Speciális 3D-nyomtatók hoznák létre ezeket a bionikus struktúrákat. Bár a gyors prototípusgyártás már elterjedt a bionikában, az ipari szabványoknak megfelelő anyagok és additív gyártási folyamatok még mindig hiányoznak. Ennek megoldása és az ilyen technológiák iparba való átültetése a Fraunhofer IWS egyik szakterülete. A kutatók továbbra is meg vannak győződve arról, hogy a biológia és a technológia kombinációja jelentős potenciált rejt magában. „Az additív folyamatok kombinációja teljesen új lehetőségeket nyit meg a bionikában” – jósolja Hannes Lauer.

(Forrás: futurefarming.com)