Wie schwierig ist es für diese Roboterhand, ein Ei aufzuheben?

Wenn Sie Kraft brauchen, können Sie eine Dose zerdrücken; Wenn es auf Präzision ankommt, können Sie eine Pinzette zur Hand nehmen. Der Arm, der über diese „Freund-Kraft“ verfügt, ist eigentlich ein Roboterarm. Einer am 14. in der britischen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie zufolge berichtete ein Team koreanischer Wissenschaftler über eine Roboterhand, die alle für reaktionsschnelle Bewegungen, Sensorik und hohe Flexibilität erforderlichen Komponenten vereint. Die Hand kann an vorhandenen kommerziellen Roboterarmen montiert werden und eine breite Palette von Aufgaben ausführen, vom Greifen von Eiern bis zum Verwenden von Scheren und Pinzetten.

Von den 206 Knochen des menschlichen Körpers befinden sich 54 in den Händen, was einem Viertel der Gesamtzahl der Knochen entspricht. Auch die Handmuskelstruktur, die diese Knochen antreibt, ist äußerst komplex. Aus diesem Grund erfordern die scheinbar banalen Bewegungen der menschlichen Hand ein sehr hohes Maß an Fingerfertigkeit, sodass die menschliche Hand eine große Bandbreite an Aufgaben ausführen kann, vom Greifen empfindlicher Gegenstände bis hin zum Bedienen komplexer Werkzeuge. Die Erklärung der äußerst komplexen Funktionen der menschlichen Hand ist bis heute eine ungelöste Herausforderung.

Die Hände des Roboters verfügen über ähnliche Funktionen wie menschliche Hände und können daher ebenfalls Aufgaben mit hoher Fingerfertigkeit ausführen. In der Praxis können Roboterarme eine Vielzahl von Aufgaben übernehmen. Eine Roboterhand zu entwickeln, die ohne zusätzliche Antriebskomponenten bewegt werden kann und dennoch über ein hohes Maß an Fingerfertigkeit bzw. die Fähigkeit verfügt, mit entsprechender Kraft zu greifen, ist allerdings eine große Herausforderung.

Übersicht über „ILDA“.

Diese flexible Roboterhand, die von einem Wissenschaftlerteam der Asia University in Südkorea entwickelt wurde, heißt „ILDA“ (Integrated Linked Actuated Flexible Anthropomorphism). Die Hand besteht aus 20 Gelenken, ermöglicht 15 Grad Bewegungsfreiheit, hat eine Fingerspitzenkraft von 34 Newton, wiegt weniger als 1,1 kg, ist kompakt (218 mm) und verfügt über taktile Sensorfunktionen.

Den Forschern zufolge sind alle ILDA-Komponenten in die Hand integriert, was bedeutet, dass sie an vorhandenen Roboterarmen angebracht werden kann, ohne dass zusätzliche Teile, wie beispielsweise ein Unterarm, erforderlich sind. Eine Reihe von Experimenten hat gezeigt, dass die Hand Objekte unterschiedlicher Form aufheben kann, mit einem starken Griff zum Zerdrücken einer Dose oder mit einem zarten Griff zum Festhalten eines Eis. Diese Hand kann auch Papier mit einer Schere schneiden und kleine Gegenstände mit einer Pinzette aufheben.

Mechanische Fingerbewegungsstruktur.

Ein Ei vorsichtig aufzuheben, ohne es mit zu viel Kraft zu zerdrücken, oder es mit zu wenig Kraft auf den Boden fallen zu lassen, ist für den Menschen eine angeborene Fähigkeit, für Roboter jedoch eine große Herausforderung. „ILDA“ hat dies erfolgreich geschafft, was darauf hindeutet, dass der Roboter große Fortschritte bei der taktilen Wahrnehmung, dem Feedback-Mechanismus und der Feinmanipulation gemacht hat.

Kommentare des Chefredakteurs

Wir sagen oft, dass Maschinen „ungeschickt“ sind, weil Roboterarme keine allzu filigranen Arbeiten ausführen können. Man kann sie zwar zum Schreiben und Zeichnen programmieren, aber es fehlt ihnen immer noch an der Fähigkeit, Dinge mühelos zu erfassen und ihre Kraft zu kontrollieren. Aufgrund ihrer komplexen Struktur ist die menschliche Hand ein empfindliches Werkzeug. Vom Arm über den Ellbogen und die Handfläche bis hin zu den Fingern sind Knochen, Muskeln und Sehnen miteinander verbunden und arbeiten zusammen. Es ist sehr schwierig, all dies auf eine Maschine zu übertragen – die Größe darf nicht zu groß sein, es müssen genügend Sensoren vorhanden sein und die Struktur muss flexibel genug sein … Es ist leicht zu sagen, dass man so wild wie ein Tiger sein und die Rosen riechen kann, aber es ist eine große Herausforderung für den Menschen, dies Maschinen überlassen zu wollen. Nun scheint es jedoch, dass die Menschheit eine weitere Herausforderung gemeistert hat.

Quelle: Science and Technology Daily. Das Video und die Bilder in diesem Artikel stammen von Nature Communications.

◎ Science and Technology Daily-Reporter Zhang Mengran

Herausgeber: Wang Yu

Rezension: Yue Liang

Abschließende Rezension: Liu Haiying