Bioinspired Soft Spiral Robots for Versatile Grasping and Manipulation

要約

さまざまな種とさまざまなスケールで、特定の生物は付属肢を使用して、クランプではなく包み込むことで物体をつかみます。
この動きのパターンは、タコの触手、ゾウの鼻、カメレオンのつかみやすい尻尾に見られ、さまざまなサイズと重量のさまざまなオブジェクトをつかむだけでなく、3D 空間でそれらを動的に操作するための優れた汎用性を示しています。
これらの付属肢の構造は、既存のロボット設計で再現するのが特に難しい、共通のパターン (対数螺旋) に従うことがわかりました。
この論文では、らせん状のラッピングを形態学的に複製するケーブル駆動のソフトロボットのクラスの設計、製造、および操作について報告します。
これは、次の 2 つの原理によって可能になるように、カールの方向を積極的に制御しながら、実質的に長さをカールさせることになります。
自重の最大 260 倍、および b) 非対称ケーブル力により、物体操作を行うためのカール方向の迅速な制御が可能になります。
パッシブ コンプライアンスを活用することで、1 秒未満のレベルでオブジェクトを動的に操作する機能を実証します。
私たちの研究は、ラップして把握して操作するように設計されたシステムへの一歩を構成し、さらに生物学的ならせん状の付属肢の有効性を理解するためのいくつかの洞察をもたらすと信じています。

要約(オリジナル)

Across various species and different scales, certain organisms use their appendages to grasp objects not through clamping but through wrapping. This pattern of movement is found in octopus tentacles, elephant trunks, and chameleon prehensile tails, demonstrating a great versatility to grasp a wide range of objects of various sizes and weights as well as dynamically manipulate them in the 3D space. We observed that the structures of these appendages follow a common pattern – a logarithmic spiral – which is especially challenging for existing robot designs to reproduce. This paper reports the design, fabrication, and operation of a class of cable-driven soft robots that morphologically replicate spiral-shaped wrapping. This amounts to substantially curling in length while actively controlling the curling direction as enabled by two principles: a) the parametric design based on the logarithmic spiral makes it possible to tightly pack to grasp objects that vary in size by more than two orders of magnitude and up to 260 times self-weight and b) asymmetric cable forces allow the swift control of the curling direction for conducting object manipulation. We demonstrate the ability to dynamically operate objects at a sub-second level by exploiting passive compliance. We believe that our study constitutes a step towards engineered systems that wrap to grasp and manipulate, and further sheds some insights into understanding the efficacy of biological spiral-shaped appendages.

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