Complex picking via entanglement of granular mechanical metamaterials

要約

オブジェクトがクラスター内に詰め込まれている場合、物理的な相互作用は避けられません。
このような相互作用は、オブジェクトの幾何学的特徴によって現れます。
これらの機能には絡み合いを促進するものもあれば、反発力を生み出すものもあります。
エンタングルメントが発生すると、クラスターはオブジェクト間の確率的相互作用から生じる、グローバルで複雑な動作を示します。
ここでは、このようなクラスターを、絡み合った粒状メタマテリアルと呼びます。
私たちは、絡み合いを最大化する、クラスターを構成するオブジェクト (以降、粒子と呼びます) の幾何学的特徴を調査します。
私たちは、もつれの傾向が高い粒子で構成されるクラスターは、もつれた物体の 2 番目のクラスターと相互作用する傾向も示すだろうと仮説を立てます。
これを実証するために、絡み合った粒状メタマテリアルを使用して、従来のグリッパーでは困難な複雑なロボットピッキングタスクを実行します。
電磁石を使用してメタマテリアル (強磁性) を引き付け、それをオブジェクトの 2 番目のクラスター (ターゲット、非強磁性) にドロップします。
電磁石が再び作動すると、幾何学的な特徴に強く依存するさまざまな程度の物理的結合により、絡み合いによりメタマテリアルとターゲットの両方が確実に選択されます。
興味深いことに、メタマテリアルの構造配置はランダムですが、それにより、2 番目のもつれたメディアとの再現可能で一貫した相互作用が生じ、後者の確実なピッキングが可能になります。

要約(オリジナル)

When objects are packed in a cluster, physical interactions are unavoidable. Such interactions emerge because of the objects geometric features; some of these features promote entanglement, while others create repulsion. When entanglement occurs, the cluster exhibits a global, complex behaviour, which arises from the stochastic interactions between objects. We hereby refer to such a cluster as an entangled granular metamaterial. We investigate the geometrical features of the objects which make up the cluster, henceforth referred to as grains, that maximise entanglement. We hypothesise that a cluster composed from grains with high propensity to tangle, will also show propensity to interact with a second cluster of tangled objects. To demonstrate this, we use the entangled granular metamaterials to perform complex robotic picking tasks, where conventional grippers struggle. We employ an electromagnet to attract the metamaterial (ferromagnetic) and drop it onto a second cluster of objects (targets, non-ferromagnetic). When the electromagnet is re-activated, the entanglement ensures that both the metamaterial and the targets are picked, with varying degrees of physical engagement that strongly depend on geometric features. Interestingly, although the metamaterials structural arrangement is random, it creates repeatable and consistent interactions with a second tangled media, enabling robust picking of the latter.

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