شاهکار مهندسی: دست رباتیک لگویی نوجوان ۱۶ ساله با عملکرد ۹۰٪ مدل‌های حرفه‌ای

معرفی SoftHand-A آموزشی

یک دانش‌آموز ۱۶ ساله به نام جارد کی. لپورا از مدرسه گرامر بریستول، با راهنمایی پدرش، دکتر ناتان اف. لپورا از دانشگاه بریستول، موفق به ساخت یک دست رباتیک انسان‌نما شده است. این ربات که «SoftHand-A آموزشی» نام دارد، کاملاً از اجزای آماده کیت‌های لگو ماینداستورمز (Mindstorms) ساخته شده و حرکت طبیعی دست انسان را تقلید می‌کند.

این پروژه بر اساس طرح پیشرو جهانی Pisa/IIT SoftHand بنا شده است که از یک سیستم تاندون واحد برای همگام‌سازی حرکت انگشتان استفاده می‌کند. لپوراها این مفهوم را برای اهداف آموزشی اقتباس کرده‌اند و قطعات گران‌قیمت چاپ سه‌بعدی و یاتاقان‌های فلزی را با اجزای استاندارد لگو جایگزین کردند.

تقلید حرکت طبیعی دست انسان

طرح نهایی شامل یک دست چهار انگشتی با تاندون‌های محرک است. این دست با استفاده از جفت‌های تاندون متضاد (یکی برای خم شدن و دیگری برای باز شدن) که توسط یک آجر قابل برنامه‌ریزی ساده کنترل می‌شوند، باز و بسته می‌شود. در ساختار آن از تیرها، میله‌ها، چرخ‌دنده‌ها و بیش از ۱۰۰ یاتاقان پلاستیکی استاندارد لگو استفاده شده است.

مطالعه‌ی دسترسی آزاد این پروژه که تحت مجوز CC BY ۴.۰ در مجله arXiv منتشر شده است، نشان می‌دهد که چگونه این طرح می‌تواند اشکال مختلف را بگیرد، خم شود و با آنها سازگار شود. تمام این حرکات تنها توسط دو موتور کوچک لگو نیرو می‌گیرند.

عملکرد خیره‌کننده با قطعات اسباب‌بازی

با وجود اینکه SoftHand-A آموزشی ریشه‌هایی اسباب‌بازی‌گونه دارد، نتایج آزمایشگاهی قابل توجهی را به نمایش می‌گذارد:

• این دست می‌تواند با حدود ۹۰ درصد از نیروی یک SoftHand چاپ سه‌بعدی حرفه‌ای، اشیاء را بگیرد.
• چرخه‌های باز و بسته شدن دست تقریباً در یک ثانیه انجام می‌شود.
• انگشتان به طور خودکار با اشیاء با اشکال مختلف، از جمله توپ و فنجان، سازگار می‌شوند.

سازگاری خودکار انگشتان به لطف مکانیسم هم‌افزایی نرمی است که با چرخ‌دنده‌های کلاچ لگو پیاده‌سازی شده و حرکت را به طور مساوی بین انگشتان توزیع می‌کند.

دسترسی و آینده آموزش رباتیک

این طرح با استفاده از ابزارهای خانگی و قطعات کیت‌های آموزشی رباتیک کاملاً قابل تکرار است و آن را به یکی از در دسترس‌ترین نمایش‌های اصول رباتیک نرم تبدیل کرده است. هدف اصلی این پروژه، آموزشی است:

«هدف ما این بود که نشان دهیم مفاهیم پیشرفته رباتیک را می‌توان با استفاده از مواد روزمره آموزش داد. با ساخت این سیستم‌ها توسط خود دانش‌آموزان، آنها می‌توانند به معنای واقعی کلمه نحوه عملکرد چنگ زدن تطبیقی ​​را حس کنند.»

فایل‌های متن‌باز و دستورالعمل‌های ساخت از طریق سایت پروژه در دسترس عموم قرار گرفته‌اند تا سایر مدارس و علاقه‌مندان بتوانند این طرح را تکرار یا گسترش دهند. نویسندگان امیدوارند که این طرح، کودکان بیشتری را به کاوش در طراحی مکانیکی، کدنویسی و بیومکانیک پشت حرکت انسان ترغیب کند.

ادای احترام به Mindstorms

SoftHand-A آموزشی نه تنها یک ساخته هوشمندانه است، بلکه در آستانه توقف تولید خط تولید Mindstorms توسط لگو، به عنوان ادای احترامی شایسته به یکی از تأثیرگذارترین ابزارهای آموزشی سه دهه گذشته عمل می‌کند. این پروژه یادآور این است که کنجکاوی یک نوجوان، جعبه‌ای از آجر‌های پلاستیکی و راهنمایی یک دانشمند چگونه می‌توانند چیزی قابل توجه را به ارمغان بیاورند: دستی که برای یادگیری ساخته شده است و ممکن است نحوه تفکر ما در مورد ربات‌ها را تغییر دهد.