משפרים אחיזה

פתיחת בקבוק, הברגת בורג ואפילו נעילת נעל, כל אלו הן פעולות שאנו נוהגים לבצע בדרך כלל תוך שימוש בשתי ידיים. אך מה היה קורה אילו יכולנו לבצע פעולות אלו באמצעות יד אחת בלבד? קבוצה של סטודנטים להנדסת מכונות ורובוטיקה מ־MIT פיתחה מתקן עזר המולבש על זרוע אנושית, שמוסיף זוג אצבעות הפועלות בשילוב עם היד האנושית, ומאפשרות מגוון פעולות שעד כה הצריכו בדרך כלל הפעלה של שתי ידיים.

המתקן החדש המכונה Supernumerary robotic fingers, מתלבש על מפרק היד והוא כולל מנועים המסוגלים להפעיל כוח המקביל בעוצמתו לזה של אצבעות היד בעת לפיתה. כדי לפתח את האלגוריתם השולט בפעולת האצבעות הרובוטיות נדרשו המפתחים ללמוד את הפיזיולוגיה של היד האנושית. מניסויים שנערכו התברר כי למרות מגוון הפעולות הרחב שמאפשרת היד האנושית, אנו נעזרים בפועל רק בשתי צורות אחיזה או לפיתה בסיסיות.

סרטון המדגים את פעולת האצבעות הרובוטיות הנוספות:

כדי לאפשר תנועה טבעית באמצעות שבע אצבעות במקום חמש, הוחלט לבצע ניסוי, שבמסגרתו עטתה אחת הסטודנטיות בפרויקט כפפה מיוחדת שכללה שורה של חיישנים, אשר דיווחו על מיקומה המדויק של כל אצבע. נוסף לכפפה לבשה הסטודנטית את שתי האצבעות הרובוטיות ויצאה לתור במעבדה אחר עצמים שתוכל לאחוז. בכל פעם שאחזה בעצם אחר נרשמו מיקומי האצבעות שלה על ידי החיישנים המשולבים בכפפה, ובמקביל קירבה הסטודנטית באופן ידני את שתי האצבעות הרובוטיות הנוספות, כך שגם הן ייצמדו לעצם כאילו גם הן אוחזות בו. מיקומי האצבעות הרובוטיות נשמרו במערכת, ולאחר בדיקת מגוון רחב של עצמים, בהם כדורגל, בקבוק שתייה וקופסת עוגיות, נערך ניתוח של הנתונים שהתקבלו. התוצאה – אפשר לזהות בסך הכל שניים עד שלושה דפוסי אחיזה החוזרים על עצמם בעת שימוש בכל שבע האצבעות לצורך לפיתת עצמים.

פתיחת קופסא ביד אחת באמצעות המתקן
צילום: Melanie Gonick/MIT

המידע שנרכש במסגרת הניסויים אִפשר לחוקרים לפתח אלגוריתם הצופה באופן אוטומטי את האופן שבו תתקיים התאמה אופטימלית בין שתי האצבעות הרובוטיות לחמש האצבעות של המשתמש לצורך אחיזה בעצמים. אלא שהבנת המיקום הנכון של האצבעות הרובוטיות הוא רק השלב הראשון בפיתוח. כדי לייצר מתקן שימושי באמת, יש צורך ללמד את האצבעות הרובוטיות היבטים נוספים הנוגעים לאחיזה בעצמים. כך למשל קיים הבדל מהותי בעוצמת הלפיתה כאשר מדובר בעצמים רכים לעומת עצמים קשים, או בעצמים קלים לעומת עצמים כבדים, וזאת גם אם צורת האחיזה בעצמים אלו – ואפילו גודלם – זהה. נוסף על כך קיימים גם הבדלים באופן שבו בני אדם שונים אוחזים באותם עצמים. החוקרים מקווים לייצר בהמשך הדרך מאגר נתונים הכולל מידע על שיטות אחיזה של בני אדם שונים, ולאפשר למערכת יכולת למידה והתאמה עצמית בהתאם לצורת השימוש של המשתמש. שיפור נוסף המתוכנן בעתיד הוא הקטנה של המערכת כך שתהיה נוחה יותר וקלה יותר לשימוש.

החוקרים מאמינים כי האופן האינטואיטיבי שבו למדו מתנסים חדשים להשתמש בטכנולוגיה החדשה יאפשר בעתיד להיעזר במערכת בדומה לשימוש בכלי עבודה או באמצעי שליטה אלקטרוני, כגןן בקר משחקים. המטרה היא לאפשר לאנשים עם יכולות תנועה או גמישות מוגבלת לבצע פעולות פשוטות שהם מתקשים לבצע בצורה רגילה. המתקן עשוי לאפשר גם לאנשים בעלי מגבלה ביד אחת לבצע פעולות רבות יותר באמצעות ידם הבריאה. בעתיד הרחוק יותר מדמיינים החוקרים בעלי מקצוע המשתמשים בהתקן כדי להרחיב את יכולתם לבצע פעולות שונות במקביל, ובכך לקצר את זמן העבודה ולנקוט שיטות עבודה שאינן אפשריות כיום.