義手を構築する

Science Buddies によるロボット工学プロジェクト

主要な概念工学ロボット解剖学グリッピング

導入人間の手って本当にすごいですね。 鉛筆を拾ったり、ビデオゲームのコントローラーを使用したり、ジャングルジムに登ったりすることは、あまり考えずに行うことができます。 これらすべてのことを実行できる義手を構築するのは非常に困難です。 このプロジェクトでは、小さな物体を掴むことができる単純な人工グリッパーを構築してみます。

背景人間の手には 5 本の指があり、それぞれに複数の関節があります。 これらの関節は筋肉と腱によって制御されており、筋肉が腱を引っ張り、腱が関節を引っ張って関節を曲げます。 人間の手には非常に多くの異なる関節があるため、非常に柔軟で用途が広く、さまざまな作業に簡単に適応できます。 小さな子供の頃に手を使うことを学び、大人になるまでに、それについてほとんど考える必要がなくなります。

エンジニアたちは何年にもわたってロボットハンドの構築を試みてきましたが、これは非常に難しいことが判明しました。 私たちは、ある特定のことに特化したロボットハンドを構築するのがかなり上手になってきました。 たとえば、工場のロボット グリッパーは、特定の部品を持ち上げて車にボルトで固定するように設計されている場合があります。 しかし、そのグリッパーにテニスボールや水の入ったコップを掴ませようとしても、まったく機能しません。 人間の手と同じくらい多用途な機械の手を構築することは、依然として大きな課題です。

このプロジェクトでは、ストローと紐を使用して単純な人工グリッパーを構築します。 ストローに「ジョイント」の役割を果たす切り込みを入れ、ストローに「腱」の役割を果たす紐を通します。 紐を引っ張ると関節が曲がってしまいます。 たとえば、それぞれ 1 つの関節を持つ 2 本の指だけの単純な爪のようなグリッパーや、複数の関節を個別に制御できる完全な人間のような手など、さまざまなタイプのグリッパーの構築を試すことができます。

材料

準備

手順

観察と結果ピンポン玉、空のペットボトル、小さなぬいぐるみなど、軽い物体を拾える義手を作ることができるはずです。 ストローや粘土で、より重い物体をつかむことができる手を作るのは難しいでしょう。 より強い手を作りたい場合は、ストローや粘土をホームセンターで購入できるより丈夫な材料に置き換えることができるかもしれません（たとえば、指にはプラスチックのパイプ、腱には金属製のケーブル、穴を開けた木製の台など）手のひら用）。

すべての指と関節が 1 本の糸で制御される手を構築して制御するのははるかに簡単です (すべての指が同時に開閉する「アーケード マシン」スタイルの爪に似ています)。 個別に制御される複数の関節を備えた多関節手を構築することははるかに困難ですが、だからといって挑戦する気を失う必要はありません。 覚えておいてください、人間の手は非常に複雑で、プロのエンジニアは人間と同等の完全に機能するロボットハンドを構築するために今日に至るまで苦労しています。

これはエンジニアリング設計の作業であるため、手を作成する際に従うべき特定の公式はありません。 デザインは非常に異なる場合があり、それを作るのに「正しい」または「間違った」方法はありません。 さまざまな機能を実行する上で、いくつかの設計の方が優れていることがわかるかもしれません。 指の数が異なるさまざまな手を作成した場合、どれが最も多用途であると思いましたか?

さらに探索するストローでつかむ: ストローを使ってロボットハンドを作る (科学仲間から) あなたの素晴らしい手 (子供の健康から) あらゆる年齢向けの科学活動 (科学仲間から)

このアクティビティは、Science Buddies との提携により実現しました。

ローレン・レファー

ウィリアム・ブレイディとザ・カンバセーション US

アン・ストーンとザ・カンバセーション US

キース・クロール | 意見