Imagen: Laboratorio de Control de Tráfico / Universidad de Washington
Hay dos lineas de pensamiento generalizadas cuando se trata de diseño manos robóticas. Existen las manos de un robot que son simples y directas y hacen el trabajo, como pinzas de dos o tres dedos que se pueden hacer de forma fiable (si no la mayoría) y sin ningún problema. Y entonces aquí tiene una manos muy complejas con cuatro dedos y un pulgar, que están diseñados para imitar la mano del hombre, en la teoría de que la mano del hombre se ha diseñado de forma inteligente por millones de años de evolución, y hemos diseñado todas nuestras cosas alrededor de ellas de todos modos.
Debido a la complejidad inherente de una mano humana real, manos antropomórficas biomiméticas inevitablemente implican una gran cantidad de compromisos para conseguir que funcionen correctamente manteniendo al mismo tiempo un factor de forma humana-ish. Xu Zhe y Emanuel Todorov de la Universidad de Washington, en Seattle, se han vuelto locos y construido la más detallada y precisa cinemáticamente biomimética antropomorfa mano robótica que hemos visto nunca, con el objetivo final de la sustitución de la mano del hombre por completo.
He aquí por qué era importante para ellos diseñar un nuevo tipo de mano robótica, según Xu:
“El enfoque convencional para el diseño de manos robóticas antropomórficas a menudo implica la mecanización de piezas biológicas con bisagras, conexiones, y cardanes con el fin de simplificar las contrapartes humanas aparentemente complicado. Este enfoque es útil para la comprensión y la aproximación de la cinemática de la mano humana en general, pero es inevitable que presente discrepancias no deseadas entre las manos humanas y robóticas ya que la mayoría de esas características biomecánicas más destacadas de la mano humana se descartan en el proceso de mecanizado. La falta de coincidencia entre los mecanismos inherentes de estas manos robóticas y biomecánica de la mano del hombre esencialmente nos impide usar el movimiento natural de la mano para controlar directamente. Por lo tanto ninguna de las manos robóticas antropomórficas existentes puede alcanzar la destreza del nivel humano todavía “.
Con su parte, Xu y Todorov decidieron empezar de cero, la duplicación de la mano humana mecánicamente de una manera tan precisa como sea posible. En primer lugar, con un láser escanean una mano del esqueleto humano, y luego imprimen en 3D huesos artificiales, lo que les permitió duplicar los ejes de articulación no fijos que tenemos, como se explica Xu:
“Por ejemplo, el movimiento de nuestro dedo pulgar opuesto se basa en la forma complicada del hueso trapezoidal situado en la articulación carpometacarpiana (CMC). Debido a la forma irregular de este hueso, la ubicación exacta de los ejes de articulación CMC no son fijos. Por lo tanto, ninguna de las manos robóticas antropomórficas existentes puede restaurar los movimientos naturales del pulgar con articulaciones mecánicas convencionales que requieren ejes de rotación fijos. Nuestro diseño de la mano robótica conserva únicamente la información importante biomecánica de la mano humana en el nivel anatómico “.
Ligamentos de la articulación (que estabilizan las articulaciones y controlan su rango de movimiento) están hechas de cuerdas de alta resistencia Spectra, con láminas de caucho cortado con láser en sustitución de los tejidos blandos que se suman el cumplimiento de las articulaciones. Tendones extensores y flexores (para enderezar y doblar los dedos) también están hechos de Spectra, con más láminas de caucho de corte por láser para el revestimiento de tendón y extensor, que es una estructura de múltiples capas de un reticulado complejo que se envuelve alrededor de los dedos para ayudar a controlar la flexibilidad y par motor. La parte final de la mano de la Universidad de Washington son los músculos, que se componen de una serie de 10 servos Dynamixel, cuyo recorrido de los cables imita el túnel carpiano de una mano humana.
Además de ser una pieza de extraordinaria belleza de la artesanía, la mano de UW es capaz de imitar muy de cerca una amplia variedad de agarres cuando se controla con un manipulador remoto Waldo. Los usuarios también pueden realizar complicada manipulación a mano y sin realimentación de fuerza, que los investigadores atribuyen a la cinemática de su mano para que se aproxime a la de una mano humana real.
Esto es realmente la clave: el hecho de que la mano está diseñado para imitar una mano humana significa que imita una mano humana en funcionamiento, principalmente debido a su construcción en lugar de cualquier tipo de programación. Esto tiene muchas ventajas potenciales en telemanipulación, ya que el operador puede aprovechar más la perfección la destreza de sus propias manos.
Lo que es aún más interesante es que los investigadores sugieren que su mano se podría utilizar “como andamios 3D para la investigación regeneración de extremidades”, como explica Xu:
“El control de las prótesis de mano se basa esencialmente en el cerebro humano. Por lo tanto, las mismas tecnologías neuroprosthetic podría ser más eficaz si el diseño de la prótesis podría ser más similar a su contraparte biológica. Los materiales biocompatibles pueden ahora ser impresos para formar estructuras de hueso, ligamentos artificiales biodegradables se han usado para reemplazar los ligamentos cruzados anteriores rasgados, los músculos humanos se han cultivado con éxito dentro del plato de Petri, y los nervios periféricos también se pueden regenerar en las condiciones adecuadas. Todas las estas tecnologías prometedoras requieren andamios adecuados para el crecimiento de las células injertadas. Vamos a colaborar con los investigadores de la biología y la ingeniería de tejidos para explorar aún más su potencial de servir como un dispositivo / andamio bio-fabricados en los campos emergentes de la neuroprotésica y la regeneración de miembros “.
Para mas información visita: http://spectrum.ieee.org/
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