Nhóm thiết kế robot giúp con người sinh sống trong không gian
của Leah Burrows, Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson
Bộ kẹp chuyển đổi giữa ba chế độ, phù hợp với các nhiệm vụ yêu cầu giữ chắc chắn trên một vật thể hoặc tạo áp lực cao, định vị ngón tay chính xác hoặc thao tác trong tay và thích ứng thụ động với hình dạng của các vật thể lớn hơn, mỏng manh hoặc có hình dạng bất thường . Ảnh: Harvard SEAS
Trong những thập kỷ tới, NASA có kế hoạch đưa phi hành đoàn của con người trở lại mặt trăng, xây dựng một trạm vũ trụ trên quỹ đạo mặt trăng, thiết lập một căn cứ lâu dài trên bề mặt mặt trăng và — hy vọng — đưa các phi hành gia lên sao Hỏa.
Cái gì có thể đi sai?
Không, nghiêm túc mà nói, điều gì có thể xảy ra và chúng ta sẽ khắc phục nó như thế nào? Đó là câu hỏi mà một nhóm các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson (SEAS) của Harvard đã đặt ra trong bốn năm qua với tư cách là một phần của viện nghiên cứu nhằm phát triển không gian sâu và khả năng tự phục hồi cũng như môi trường sống ngoài Trái đất.
Viện Môi trường sống ngoài Trái đất có khả năng phục hồi (RETHi) do Đại học Purdue lãnh đạo, hợp tác với SEAS, Đại học Connecticut và Đại học Texas ở San Antonio. Mục tiêu của nó là "thiết kế và vận hành các môi trường sống trong không gian sâu có khả năng thích ứng, hấp thụ và phục hồi nhanh chóng sau những gián đoạn dự kiến và bất ngờ".
Justin Werfel, Nghiên cứu viên cao cấp về Robotics tại SEAS, đang lãnh đạo nhóm được giao nhiệm vụ phát triển các công nghệ để cho phép robot tự động sửa chữa hoặc thay thế các bộ phận bị hư hỏng trong môi trường sống.
Werfel hỏi: “Điều gì sẽ xảy ra nếu một thiên thạch xâm nhập vào môi trường sống giữa các nhiệm vụ và phi hành đoàn không có mặt để khắc phục nó”. "Hoặc nếu nó xảy ra trong thời gian phi hành đoàn, các phi hành gia có thể bận rộn với các trường hợp khẩn cấp khác. Tương tự như vậy trong các tình huống thường ngày hơn, có rất nhiều nhiệm vụ bảo trì thường xuyên chiếm thời gian quý giá của phi hành gia, từ thay bộ lọc đến dọn dẹp mọi thứ. Bạn 'Tôi thực sự muốn môi trường sống có thể tự xử lý được nhiều nhất có thể, điều đó có nghĩa là robot sẽ thực hiện công việc đó."
Kể từ khi dự án bắt đầu vào năm 2019, Werfel và nhóm, bao gồm Robert Wood, Giáo sư Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harry Lewis và Marlyn McGrath tại SEAS, đã phát triển các cánh tay và dụng cụ kẹp robot mới, các hệ thống mới để cải thiện sự hợp tác giữa người và robot và các giải pháp mới. cách để thiết kế thiết bị thân thiện với robot.
Công cụ đa chức năng
Một trong những thách thức lớn nhất trong việc thiết kế robot cho cái gọi là SmartHabs này là tính đa chức năng cần thiết cho việc cư trú trong không gian sâu. Hầu hết các rô-bốt công nghiệp, chẳng hạn như rô-bốt dùng để chế tạo ô tô hoặc kho hàng, đều có tính chuyên môn hóa cao và chỉ thực hiện một số nhiệm vụ cụ thể. Nhưng môi trường sống trong không gian sâu sẽ không có chỗ cho hàng chục robot chuyên dụng. Thay vào đó, một hoặc một vài robot đa chức năng sẽ cần có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm cả việc sửa chữa khẩn cấp.
Một dự án hướng tới mục tiêu đó là phát triển các dụng cụ kẹp đa chế độ có thể thay đổi hình dạng để kẹp các loại vật thể khác nhau theo những cách khác nhau.
Wood cho biết: “Bàn tay con người có thể thích ứng với nhiều chức năng, bao gồm cả những chức năng cần độ chính xác cao, yêu cầu lực cao hoặc những chức năng có thể được hưởng lợi từ sự tuân thủ”. "Thiết kế này cố gắng nắm bắt hành vi thích ứng tương tự để tăng phạm vi nhiệm vụ có thể thực hiện được chỉ bằng một tay kẹp duy nhất."
Trong một bài báo được xuất bản trên IEEE, Werfel và nhóm nghiên cứu, bao gồm các cộng tác viên từ Trường Thiết kế sau đại học Harvard (HGSD) và Đại học Quốc gia Pusan ở Hàn Quốc, đã phát triển một dụng cụ kẹp với các ngón tay được làm từ cái gọi là liên kết cắt kéo, có thể được cấu hình lại để thay đổi số lượng khớp ở ngón tay.
Dụng cụ kẹp này có ba chế độ. Đầu tiên, các ngón tay ngắn và không uốn cong, cho phép chúng nắm bắt đồ vật một cách mạnh mẽ và chắc chắn. Ở chế độ thứ hai, các ngón tay có được một khớp để cho phép dụng cụ kẹp thực hiện các thao tác trong tay, cho phép nó di chuyển và xoay các vật thể mà không cần buông chúng ra. Chế độ cuối cùng bổ sung thêm hai khớp nối, cho phép các ngón tay thích ứng thụ động với hình dạng của vật thể và phân phối áp lực tiếp xúc, rất hữu ích để cầm nắm các vật thể có hình dạng bất thường hoặc mỏng manh.
Bài viết này được đồng tác giả bởi Junghan Kwon, thuộc Đại học Quốc gia Pusan; sinh viên tốt nghiệp SEAS David Bombara và Clark Teeple; Joonhaeng Lee và Chuck Hoberman của HGSD; và Gỗ.
