普通のコーヒー粉で満たされたラテックス風船から作られた簡易的な機械ハンドは、カメラや複雑なセンサーなしで異なる形状の物体を扱う経済的な方法を示しています。この装置は、柔らかい袋を物体に押し付けて空気を抜くことで、コーヒー粉が密に結合し、しっかりとしたグリップを形成します。この概念は、2010年にコーネル大学、シカゴ大学、iRobotによって提案され、今でもその多機能性から注目されています。研究者たちは、この方法が脆弱で不規則な物品をしっかりと掴むことができ、低コストのロボット操作ソリューションを提供することができると述べています。
コーヒー粉駆動の機械ハンドが低コストの解決策を示す
コーヒーとロボット技術を組み合わせたこの機械ハンドは、低コストの材料がロボット技術における最も挑戦的な問題の一つ、すなわち複雑なハードウェアなしで異なる形状の物体を信頼性高く掴む方法をどのように解決できるかを十分に示しています。このシステムは、柔軟なラテックス膜の層で構成され、内部にはコーヒー粉が充填され、ロボットアームに接続されています。カメラ、力センサー、または高度なソフトウェアに依存する従来の方法とは異なり、このロボットは柔らかい袋を物体に押し付け、真空ポンプで空気を抜くだけで済むとTecheblogが報じています。空気が抜かれると、コーヒー粉は散装状態から硬い質量に変わり、物体の形をしっかりと包み込みます。
一度密に結合すると、これらの粒子はしっかりとしたグリップを形成し、袋の中に再び空気が入るまでその状態を保ちます。
このハンドが効果的である理由は、散装のコーヒー粉の特性が流体のように流動し、物体の周りを囲み隙間を埋めることができるからです。しかし、真空がかかると、粒子は密に積み重なり、接触チェーンを形成し、力を材料全体に分散させます。研究者たちは、膜の体積が0.5%未満しか収縮しないにもかかわらず、このわずかな変化が柔らかい袋を堅固な構造に変えるのに十分であると強調しています。摩擦、表面接触、および物体の幾何学的形状が組み合わさり、最終的に物体のしっかりとした掴みを確保します。
コーヒー粉の使用は特に効果的であり、その不規則な形状と異なる粒子サイズが滑らかな材料よりも効果的に相互に絡み合います。それに対して、ガラス玉は固定効果が悪く、砂は似たような効果を生み出しますが、不要な重量を増加させます。初期の実験では、このコーヒー充填のハンドが自身の重量の数倍の物体を持ち上げることができ、真空が閉じると瞬時に物品を解放できることが示されています。この設計は、ハサミ、電球、生卵、テープロール、木のブロック、バネ、フォームイヤープラグ、ジャッキ、四面体、ダンパーなど、従来の機械ハンドが挑戦することが多いさまざまな物体を掴むことができ、Techeblogの報告によれば、カスタムプログラミングは不要です。
研究者たちは、掴む力が硬い指先に集中するのではなく、より大きな接触面積に分散されるため、脆弱な物品が壊れにくいと指摘しています。非常に滑らかまたは極めて平坦な物品は依然として扱いにくいですが、このハンドは多くの従来の機械設計よりも広範な形状範囲で良好に機能します。そのシンプルさは最大の利点の一つです。ロボットは袋を物体に押し付けて真空バルブを起動するだけで済むため、フィードバックセンサーはほぼオプションとなり、コストとシステムの複雑さを低減し、同時に信頼性を向上させます。
現在、この技術の産業版は、製品の形状やサイズが異なるコンベヤーベルトで応用されています。研究者たちは現在、新しい柔軟な材料や多袋設計を探求しており、これにより将来の産業およびサービス用途のために、より大きく、より能力のあるロボットオペレーターを創造する可能性があります。