Bisher boten konkurrierende Arten von Roboterhanddesigns einen Kompromiss zwischen Stärke und Haltbarkeit. Eine häufig verwendete Konstruktion, bei der ein starres Bolzengelenk verwendet wird, das den Mechanismus von menschlichen Fingergelenken nachahmt, kann schwere Nutzlasten heben, wird jedoch bei Kollisionen leicht beschädigt, insbesondere bei einem seitlichen Aufprall. Unterdessen sind vollständig nachgiebige Hände, die typischerweise aus geformtem Silikon bestehen, flexibler, schwerer zu brechen und besser beim Greifen von Gegenständen verschiedener Formen, aber sie haben keine ausreichende Hebekraft.
Das DGIST-Forschungsteam untersuchte die Idee, dass eine teilweise nachgiebige Roboterhand mit einer starren Verbindung, die mit einer als Crossed Flexural Hinge (CFH) bezeichneten Struktur verbunden ist, die Hubkraft des Roboters erhöhen und gleichzeitig den Schaden im Falle einer Kollision minimieren könnte. Im Allgemeinen besteht ein CFH aus zwei Metallstreifen, die in einer X-Form angeordnet sind und sich in einer Position biegen oder biegen können, während sie in anderen steif bleiben, ohne Reibung zu erzeugen.
„Intelligente Industrieroboter und kooperative Roboter, die mit Menschen interagieren, brauchen sowohl Belastbarkeit als auch Stärke“, sagt Dongwon Yun, der das DGIST BioRobotics and Mechatronics Lab leitet und das Forschungsteam leitete. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Vorteile einer starren Struktur und einer nachgiebigen Struktur kombiniert werden können, und dies wird die Mängel beider überwinden.“
Das Team druckte die Metallstreifen, die als CFH-Verbindungen dienen, die die Segmente in jedem Roboterfinger verbinden, im 3D-Druck, die es den Roboterfingern ermöglichen, sich ähnlich einer menschlichen Hand zu krümmen und zu begradigen. Die Forscher demonstrierten die Fähigkeit der Roboterhand, verschiedene Objekte zu greifen, darunter eine Schachtel mit Taschentüchern, einen kleinen Fächer und eine Brieftasche. Es wurde gezeigt, dass die Roboterhand mit CFH-Gelenk 46.7 Prozent mehr Stoßdämpfung aufwies als eine Roboterhand mit Stiftgelenk. Es war auch stärker als vollständig nachgiebige Roboterhände und konnte Objekte mit einem Gewicht von bis zu vier Kilogramm halten.
Bevor Roboter mit diesen teilweise nachgiebigen Händen neben oder direkt mit Menschen arbeiten können, sind weitere Verbesserungen erforderlich. Die Forscher stellen fest, dass zusätzliche Materialanalysen sowie Feldversuche erforderlich sind, um die besten praktischen Anwendungen zu ermitteln.
„Die Industrie- und Gesundheitswesen Umgebungen, in denen Roboter weit verbreitet sind, sind dynamische und anspruchsvolle Orte, daher ist es wichtig, die Leistung der Roboter weiter zu verbessern“, sagt DGIST engineering Ph.D. Student Junmo Yang, der erste Papierautor.