Ruka, koju je razvio tim na Švicarskom federalnom institutu za tehnologiju Lausanne (EPFL), može uzastopno podići do tri predmeta uz održavanje sigurnog držanja, a zatim se vratiti i ponovno pričvrstiti na svoju bazu. Njezina napredna spretnost proizlazi iz potpuno simetričnog dizajna, što joj omogućuje hvatanje predmeta iz bilo kojeg smjera i stvaranje fleksibilnih parova prstiju. Video možete pogledati ovdje.

Prema istraživačima, simetrija poboljšava performanse puzanja, pojednostavljuje planiranje više predmeta i smanjuje potrebu za složenim pokretima, omogućujući bržu i učinkovitiju manipulaciju u usporedbi s tradicionalnim robotskim ili ljudskim rukama. Dizajn se temelji na prototipu Handclawer, predstavljenom u rujnu 2024.

Koristeći prste poput sićušnih nogu, robotska ruka puže po površini prema obližnjim predmetima, savijajući i prilagođavajući prste kako bi održala ravnotežu i pokretala se naprijed. Nakon što dosegnu predmet, neki prsti ga hvataju, dok drugi nastavljaju funkcionirati kao noge. Ruka može uzastopno podizati više predmeta i nositi ih dok se pomiče ili premješta.

Mehaničke inovacije i algoritamsko planiranje

Za razliku od ljudskih ruku, koje su asimetrične i fiksirane na kraju ruke, ovaj novi dizajn ima potpuno simetričnu strukturu, što omogućuje prstima na suprotnim stranama da djeluju kao dva palca.  Ruka se može odvojiti od ruke i puzati po površinama kako bi dohvatila predmete izvan normalnog dohvata stacionarne robotske ruke. Njezini reverzibilni prsti omogućuju korištenje bilo koje strane za hvatanje bez premještanja ruke, pojednostavljujući složene zadatke koji bi inače zahtijevali rotaciju ručnog zgloba ili koordinaciju obje ruke.

Prema istraživačima, dizajn integrira mehaničke inovacije s algoritamskim planiranjem, odabirom duljine, položaja i uloga prstiju kako bi se zadovoljili zahtjevi hvatanja i puzanja. U praksi, ruka može hvatati predmete s obje strane, odvojiti se kako bi dosegla udaljene ciljeve, uzastopno skupljati više predmeta i sigurno se ponovno pričvrstiti na svoju bazu.

Dizajniranje robotske ruke sposobne i za hvatanje i za puzanje zahtijevalo je čvrstu integraciju mehaničkog dizajna s kontrolom i planiranjem. Ovi elementi nisu se mogli odvojiti, pa je razvoj napredovao kroz međusobno povezane faze optimizacije.

Proces je započeo generiranjem biblioteke bezkolizijskih, kinematički izvedivih poza hvatanja, budući zahtjevi hvatanja izravno utječu na položaj prstiju i performanse puzanja. Zatim je korišten genetski algoritam za određivanje optimalnog broja prstiju i njihovih funkcionalnih uloga. 

Više prstiju nije nužno poboljšalo kretanje, jer je dodatna masa smanjila učinkovitost hoda. Optimizacija je uravnotežila performanse hvatanja i brzinu puzanja, identificirajući učinkovite kombinacije rasporeda prstiju i parametara hoda.

Mehanička ograničenja uključena su u cijeli dizajn. Ruka je trebala dovoljno aktuatora za nošenje više predmeta tijekom puzanja, pa su ograničenja momenta zgloba, veličina motora i ograničenja 3D ispisa utjecali na duljinu, položaj i geometriju tijela prstiju. Svaki je prst dizajniran sa četiri stupnja slobode, što je omogućilo savijanje u oba smjera i omogućilo prstima izmjenu uloga hvatanja i kretanja.

Kontrola hvatanja oslanjala se na unaprijed izračunatu taksonomiju položaja hvatanja, omogućujući odabir u stvarnom vremenu tijekom optimizacije. Planiranje kretanja za dosezanje i pristajanje koristilo je pristup dinamičkih sustava za izbjegavanje sudara, dok je kretanje generirano putem središnjih generatora uzoraka koji koordiniraju pokrete prstiju.

Detalji istraživanja objavljeni su u časopisu Nature Communications.