Идея о роборуке из деталей LEGO у Джареда Лепора (Jared Lepora) зародилась в 2023 году, когда ему было всего 14 лет. Интерес к робототехнике у подростка не случаен — его отец, Натан Лепора, профессор Бристольского университета, специалист в этой области. Юноша с детства наблюдал за работой отца, видел передовые разработки, среди которых — изящные и эффективные роботизированные руки. 

Одной из таких моделей, вдохновившей его, стала Pisa/IIT SoftHand — известный проект, созданный для имитации человеческого захвата. Однако у таких устройств есть существенный барьер — их производство требует специализированного оборудования, например 3D-принтеров, и дорогих материалов. Джаред задался вопросом: можно ли воспроизвести сложные инженерные принципы, используя доступные и понятные компоненты? Таким вызовом стал для него образовательный робототехнический комплект Lego Mindstorms.

Подросток не стал копировать существующие модели вслепую. Он перенял ключевые идеи у продвинутых аналогов, но адаптировал их под возможности конструктора. В основе его роборуки — четыре пальца, каждый из которых состоит из трех сегментов, имитирующих суставы. Движение пальцам передают два мотора, которые через систему «сухожилий» — прочных нитей — приводят пальцы в движение.

LEGO улучшил математические и пространственные способности в классе

Урок с деталями LEGO кажется просто развлечением. Но исследователи из Великобритании доказали, что при определенных условиях этот конструктор может стать учебным инструментом, который улучшает математические способности школьников.

Самое интригующее решение в конструкции — механизм координации пальцев. Джаред использовал дифференциал, собранный из стандартных фрикционных шестеренок Lego. Этот узел заставляет все четыре пальца двигаться синхронно. Но как только один из них касается объекта, срабатывает фрикционный механизм, и движение останавливается. Это повторяет принцип человеческого захвата — пальцы обхватывают предмет плотно и равномерно, подстраиваясь под его форму.

Чтобы проверить практическую пользу своего изобретения, юный инженер провел серию испытаний. Роборука успешно справилась с захватом девяти различных предметов быта. Она удерживала миску, поднимала пластиковый стакан и даже мягкую игрушку массой 0,8 килограмма.

Цифры подтвердили — устройство не просто игрушка. Отдельный палец роборуки смыкается за 0,84 секунды, а размыкается за 0,97 секунды. Это примерно вдвое медленнее, чем у его 3D-напечатанного «собрата» — версии Pisa/IIT SoftHand, оснащенной металлическими подшипниками. 

Однако по силе хвата разрыв оказался не столь велик. В статических тестах палец руки из Lego выдержал нагрузку в пять ньютонов, смог толкнуть предмет с силой в шесть ньютонов и развил силу сжатия в 1,8 ньютона. Показатели 3D-модели — восемь, семь и два ньютона, соответственно.

«Конечно, рука из Lego никогда не превзойдет специализированную роборуку», — отметил Натан Лепора, комментируя работу сына. 

Он подчеркнул, что у конструктора есть физические ограничения. Например, роборука получилась довольно «крупной»: длина каждого пальца — 145 миллиметров, а ширина — 30 миллиметров.

Несмотря на то что линейку Lego Mindstorms сняли с производства в 2022 году, это не ставит крест на изобретении. Подросток спроектировал систему так, чтобы ключевые компоненты можно было легко заменять моделями из других наборов. Это открывает дорогу для дальнейших апгрейдов и экспериментов с другими деталями Lego.

Статья с описанием конструкции выложена на сайте препринтов Корнельского университета.