Integrated Design Fabrication and Control of a Bioinspired Multimaterial Soft Robotic Hand

要約

人間を模倣する機械は、何世紀にもわたって科学者にインスピレーションを与えてきました。
生体から着想を得たソフトロボットハンドは、そのような取り組みの好例であり、不確実性に対処し、構造化されていない環境に適応するための、固有の材料コンプライアンスと継続的な動作を特徴としています。
最近の研究は、ソフトロボットの機能設計、モデリング、製造、制御において影響力のある成果をもたらしました。
それにもかかわらず、本物のような動きを完全に実現することは依然として困難であり、多くの場合、設計から製造に至るまでの試行錯誤の検討に基づいており、時間とリソースが費やされます。
この研究では、ソフトアクチュエータコアと外骨格で構成され、ハンドの形状を定義し、指の屈曲性を促進するために有限要素解析（FEA）を活用したマルチマテリアル設計を特徴とするソフトロボットハンドが提案されています。
アクチュエーターは成形を使用して製造され、外骨格は 1 つのステップで 3D プリントされます。
ON-OFF コントローラーは、漏れがある場合でも、特定の曲げ角度に関連する設定されたフィンガーの内圧を維持します。
FEA の数値結果は、さまざまな形状、重量、サイズの物体を掴む手の能力だけでなく、実験テストによって検証されました。
この統合ソリューションにより、ソフト ロボット ハンドをより低コストで人々が利用できるようになり、時間のかかる設計、製造の試行錯誤プロセスが回避されます。

要約(オリジナル)

Machines that mimic humans have inspired scientists for centuries. Bio-inspired soft robotic hands are a good example of such an endeavor, featuring intrinsic material compliance and continuous motion to deal with uncertainty and adapt to unstructured environments. Recent research led to impactful achievements in functional designs, modeling, fabrication, and control of soft robots. Nevertheless, the full realization of life-like movements is still challenging to achieve, often based on trial-and-error considerations from design to fabrication, consuming time and resources. In this study, a soft robotic hand is proposed, composed of soft actuator cores and an exoskeleton, featuring a multi-material design aided by finite element analysis (FEA) to define the hand geometry and promote finger’s bendability. The actuators are fabricated using molding and the exoskeleton is 3D-printed in a single step. An ON-OFF controller keeps the set fingers’ inner pressures related to specific bending angles, even in the presence of leaks. The FEA numerical results were validated by experimental tests, as well as the ability of the hand to grasp objects with different shapes, weights and sizes. This integrated solution will make soft robotic hands more available to people, at a reduced cost, avoiding the time-consuming design-fabrication trial-and-error processes.

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