Nagroda Siemensa za chwytak o funkcjach ludzkiej dłoni

Mgr inż. Jacek Szkopek, absolwent, a obecnie doktorant Wydziału Elektrotechniki i Automatyki stworzył chwytak antropomorficzny napędzany mięśniami pneumatycznymi. Jego praca magisterska na ten temat, przygotowana w Katedrze Mechatroniki i Inżynierii Wysokich Napięć pod opieką dr. inż. Łukasza Dolińskiego, zdobyła nagrodę III stopnia w IX Konkursie o Nagrodę Siemensa dla Absolwentów w zakresie Automatyki i Robotyki.

– Rozwiązania biomimiczne zyskują coraz większą popularność. Konstrukcja, którą opracowałem pozwala na manipulowanie obiektami o różnym kształcie i właściwościach plastycznych, a jednocześnie jest w pełni przystosowana do badań nad rozwiązaniami technicznymi, od mechaniki aż po algorytmy sterujące – mówi mgr inż. Jacek Szkopek.

System składa się z chwytaka stanowiącego „zewnętrzną” protezę, interfejsu użytkownika odpowiedzialnego za kalibrację układu sterującego i wykonawczego, mięśni pneumatycznych, układu pneumatycznego oraz fantomu, czyli elementu sterującego zakładanego na dłoń operatora. Jak przekonuje autor, rozwiązanie mogłyby zostać wdrożone dla osoby z częściowym niedowładem kończyny w procesie przemysłowym wykorzystującym teleooperacje – zdalną pracę z użyciem rozwiązań zrobotyzowanych.

Konstrukcja chwytaka, wykonana w technologii druku 3D, odzwierciedla anatomiczną budowę ludzkiej dłoni, a przede wszystkim jej układ kostny. System cięgien, który został poprowadzony wewnątrz paliczków, umożliwia zginanie oraz prostowanie poszczególnych stawów. Natomiast sztuczne mięśnie poruszające odpowiednimi cięgnami stanowią układ napędowy.

– Mięśnie pneumatyczne McKibbena, które wykonałem na potrzeby urządzenia, charakteryzują się elastycznością i dużą wartością generowanych sił. Pomimo, że siłowniki te są znane już od połowy XX wieku, to właśnie te cechy, przypominające ludzkie mięśnie, czynią je doskonałym wyborem do urządzeń pracujących stacjonarnie – tłumaczy autor rozwiązania.

Mgr inż. Jacek Szkopek pod opieką prof. dr. hab. inż. Grzegorza Redlarskiego realizuje obecnie pracę doktorską, w której będzie rozwijać konstrukcję i pomysł z pracy magisterskiej.

– Podejmuję pracę nad zupełnie nowym urządzeniem, którego mechanika oparta zostanie na modelach ludzkich kości w celu jak najdokładniejszego oddania złożoności i mobilności ręki. Poza złożonym systemem cięgien, planuję użycie mięśni opartych na bazie materiałów inteligentnych. Będą one lekkie i rozmiarem przypominające ludzkie, dynamika będzie zbliżona do naszej dłoni oraz uczynią całą konstrukcję w pełni mobilną i niezależną od zewnętrznych źródeł energii – tłumaczy doktorant, dodając, że praca ta stanowi duże wyzwanie. – Trzeba zmierzyć się z całkowicie nowymi problemami, obejmującymi zarówno poszczególne układy (mechaniczny, sensoryczny, etc.), jak i zagadnienie integracji całości w jeden złożony system. Potencjał takiego rozwiązania jest bardzo duży ze względu na coraz większe zapotrzebowania w sektorze zaawansowanej protetyki i robotów humanoidalnych, które, jak się zakłada, w najbliższych czasach zaczną wyręczać pracę ludzką nie tylko w ciężkich warunkach, jak np. eksploracja kosmosu, ale i w życiu codziennym, tj. w opiece nad starszymi ludźmi.

***

Dodajmy, że celem dorocznego Konkursu o Nagrodę Siemensa dla Absolwentów, organizowanego wspólnie przez firmę Siemens i Politechnikę Warszawską jest promowanie wybitnych osiągnięć w technice i badaniach naukowych, w tym najlepszych prac dyplomowych, zrealizowanych w instytucjach akademickich w Polsce. Oprócz nagród finansowych dla laureatów, firma Siemens ufundowała również bony na sprzęt do pracowni na uczelniach, z których wywodzą się nagrodzeni absolwenci. O taki sprzęt (urządzenia automatyki przemysłowej) wzbogaci się także Katedra Mechatroniki i Inżynierii Wysokich Napięć. Nagrody w konkursie zostały wręczone pod koniec czerwca na Politechnice Warszawskiej.

Praca mgr. inż. Jacka Szkopka zajęła także trzecie miejsce w konkursie PFRON-u na najlepszą pracę magisterską z zakresu rehabilitacji medycznej oraz trzecie miejsce w sesji posterowej podczas II Konferencji Doktorantów Pomorza BioMed Session 2018.