Een veld vol fragiele bramen plukken is geen gemakkelijke taak. Elk van die sappige bessen die in het schap in de supermarkt liggen, moet met de hand worden geplukt. Het fruit loopt immers vlug beschadigingen op. In het zuiden van de Verenigde Staten vindt de oogst midden in de hete zomermaanden plaats. Bovendien zijn niet alle bramen aan een struik tegelijkertijd rijp, dus moeten er meerdere oogstrondes plaatsvinden om al het fruit te plukken.
Biomedisch technisch roboticus Yue Chen werkt samen met medewerkers van Georgia Tech en de Universiteit van Arkansas aan een autonome robotoplossing voor dit delicate en weinig ergonomische werk. En hoewel het een hulpmiddel is dat veraf lijkt te staan van de traditionele biomedische technologie, zou het systeem op een dag kunnen leiden tot innovaties in minimaal invasieve chirurgie.
"Fruitpluk is een zeer goed startpunt om te kijken hoe we dit soort zachte robottechnologie voor andere toepassingen kunnen inzetten", zegt Chen, assistent-professor aan de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory University.
"Ik verricht onderzoek naar medische hulpmiddelen om apparaten te ontwikkelen die zeer handig zijn en het leven van patiënten kunnen redden. Ik hou me bezig met veel wiskundige, technische en mechanische problemen, en vanuit dat perspectief lijkt het plukken van bessen vrij veel op het verwijderen van een tumor uit het lichaam", zegt hij. "Je wilt een doelwit identificeren, een routeplanning opmaken, het doelwit bereiken, het doelwit heel voorzichtig verwijderen en, belangrijker nog, beschadiging van het omliggende weefsel, zoals een bloedvat of een zenuw, vermijden."
De onderzoekers hebben een zachte robotgrijper ontworpen die bramen voorzichtig kan vastpakken en van de plant kan verwijderen zonder schade aan te richten. Ze hebben het apparaat voorgesteld op de grootste bijeenkomst voor robotica-onderzoek ter wereld, de IEEE International Conference on Robotics and Automation, die van 23 tot en met 27 mei in Philadelphia werd gehouden.
Het prototype grijper lijkt op een bolvormige drievingerige hand, wat geen toeval is. In samenwerking met ervaren bramenonderzoeker Renee Threlfall van de Universiteit van Arkansas, ontwierp het team een sensorhandschoen en verzamelde het gegevens over de kracht die nodig is om bramen te plukken en wat de typische beweging daarvoor is.
"Eerst keken we naar hoeveel kracht de hand genereert en hoeveel vingers er gebruikt worden om de bessen te grijpen. Zo zagen we dat we daarvoor eigenlijk maar drie vingers gebruiken", zegt Chen.
Met de gegevens over de gebruikte kracht en het inzicht dat het plukken met drie vingers gebeurt, gingen Chen en het team aan de slag. De menselijke hand was de inspiratiebron. De robotgrijper werd gecreëerd met behulp van zachte silicone, ingebouwde krachtsensoren voor de "vingers" en een uniek peessysteem voor de beweging.
Voor meer informatie:
Joshua Stewart
Wallace H. Coulter
Department of Biomedical Engineering
jstewart@gatech.edu