Fino ad ora, i tipi concorrenti di design di mani robotiche offrivano un compromesso tra forza e durata. Un design comunemente usato, che impiega un giunto a perno rigido che imita il meccanismo delle articolazioni delle dita umane, può sollevare carichi pesanti ma è facilmente danneggiato in caso di collisione, in particolare se colpito lateralmente. Nel frattempo, le mani completamente cedevoli, tipicamente realizzate in silicone modellato, sono più flessibili, più difficili da rompere e migliori nell'afferrare oggetti di varie forme, ma non hanno capacità di sollevamento.
Il team di ricerca DGIST ha studiato l'idea che una mano robotica parzialmente conforme, utilizzando un collegamento rigido collegato a una struttura nota come Crossed Flexural Hinge (CFH), potrebbe aumentare la potenza di sollevamento del robot riducendo al minimo i danni in caso di collisione. Generalmente, un CFH è costituito da due strisce di metallo disposte a forma di X che possono flettersi o piegarsi in una posizione mentre rimangono rigide in altre, senza creare attrito.
"I robot industriali intelligenti e i robot cooperativi che interagiscono con gli umani hanno bisogno sia di resilienza che di forza", afferma Dongwon Yun, che dirige il DGIST BioRobotics and Mechatronics Lab e ha guidato il team di ricerca. "I nostri risultati mostrano che è possibile combinare i vantaggi di una struttura rigida e di una struttura conforme e questo supererà le carenze di entrambe".
Il team ha stampato in 3D le strisce metalliche che fungono da giunti CFH che collegano i segmenti in ciascun dito robotico, che consentono alle dita robotiche di curvarsi e raddrizzarsi in modo simile a una mano umana. I ricercatori hanno dimostrato la capacità della mano robotica di afferrare diversi oggetti, tra cui una scatola di fazzoletti, un piccolo ventaglio e un portafoglio. È stato dimostrato che la mano robotica con snodo CFH ha il 46.7% in più di assorbimento degli urti rispetto a una mano robotica orientata al perno. Era anche più forte delle mani robotiche completamente conformi, con la capacità di tenere oggetti che pesavano fino a quattro chilogrammi.
Sono necessari ulteriori miglioramenti prima che i robot con queste mani parzialmente conformi possano andare a lavorare a fianco o direttamente con gli umani. I ricercatori osservano che sono necessarie ulteriori analisi dei materiali, nonché esperimenti sul campo per individuare le migliori applicazioni pratiche.
“L'industria e assistenza sanitaria le impostazioni in cui i robot sono ampiamente utilizzati sono luoghi dinamici ed esigenti, quindi è importante continuare a migliorare le prestazioni dei robot", afferma DGIST Engineering Ph.D. studente Junmo Yang, il primo autore di carta.