RUKA: Die Neugestaltung humanoider Roboterhände mithilfe von Lernalgorithmen
RUKA: Eine humanoide Roboterhand unterstützt durch 3D-Druck und flexible Materialien
RUKA ist eine kompakte, kostengünstige und quelloffene Roboterhand, die 3D-gedruckte Komponenten mit lernbasierter Steuerung kombiniert, um eine menschenähnliche Fingerfertigkeit zu erreichen. Mit weichen Pads aus Filaflex Foamy und einem seilgetriebenen Design überzeugt RUKA in Bereichen wie Teleoperation, Greifleistung und Zugänglichkeit und setzt damit neue Maßstäbe in der erschwinglichen Robotik.
Menschzentriertes Design: Funktionalität und Zugänglichkeit
Die RUKA-Hand wurde entwickelt, um Form und Größe einer menschlichen Hand möglichst genau nachzubilden – mit handelsüblichen Bauteilen und 3D-gedruckten Elementen. Ihre weichen Pads – gefertigt aus Filaflex Foamy TPU – verbessern den Halt und bieten Schutz vor Stößen. Diese Pads sind entscheidend für den Umgang mit realen Objekten in menschlichen Umgebungen.
Bemerkenswert ist, dass RUKA 29 von 33 Griffarten der GRASP-Taxonomie reproduzieren kann, darunter Kraft- und Präzisionsgriffe. Dank ihrer anthropomorphen Dimensionen lässt sich die Hand nahtlos mit Motion-Capture-Handschuhen wie MANUS integrieren.
Flexible Materialien treffen auf robotische Kraft
Dank seiner weichen Komponenten – gefertigt mit Filaflex Foamy – kann RUKA eine Vielzahl von Objekten stabil und anpassungsfähig greifen. In Belastungstests erzielte RUKA folgende Werte:
- Spitzkraft: 2,74 N
- Traglast: 6,0 kg
- Rutschkraft (DIP/PIP): 33,02 N
- Rutschkraft (MCP): 16,15 N
Diese Werte übertreffen kommerzielle Roboterhände wie LEAP oder Allegro und unterstreichen die Leistungsfähigkeit flexibler, 3D-gedruckter Materialien.
Lernbasierte Steuerarchitektur mit MANUS-Handschuhen zur Vorhersage von Motorpositionen anhand von Fingerspitzendaten.
Intelligentere Steuerung durch maschinelles Lernen
Die Steuerung seilgetriebener Hände ist komplex. RUKA begegnet dieser Herausforderung mit Deep-Learning-Modellen, die auf Daten basieren, die mithilfe von MANUS-Handschuhen gesammelt wurden. Diese Modelle übersetzen Finger- oder Gelenkpositionen mithilfe von LSTM-Neuronalen Netzen in Motorbefehle.
Dieses System ermöglicht hochfrequente Teleoperation und eine präzise Nachbildung menschlicher Handbewegungen – ganz ohne interne Gelenksensoren. Das reduziert die Kosten und die mechanische Komplexität erheblich.
Offen, modular und makerfreundlich
RUKA ist vollständig quelloffen – von CAD-Dateien in OnShape über Steuerungscode bis hin zu einem Simulationsmodell in MuJoCo. Die 3D-gedruckte Konstruktion ermöglicht schnelle Reparaturen und individuelle Anpassungen. Die gesamte Montagezeit beträgt etwa 7 Stunden, die meisten Reparaturen dauern weniger als 20 Minuten.
Es gibt verschiedene Konfigurationen – von einer leichten Version für 500 $ bis hin zu einer Hochdrehmoment-Version für 1300 $. Dadurch ist RUKA eine flexible Plattform für Maker, Forscher und Lehrkräfte.
Fazit: Eine Roboterhand auf Basis flexibler Materialien
RUKA zeigt, was möglich ist, wenn flexible Materialien wie Filaflex Foamy mit quelloffener Robotik und intelligenter Steuerung kombiniert werden. Sie bringt menschenähnliche Fingerfertigkeit in greifbare Nähe – wortwörtlich – für Entwickler und Forscher, die die nächste Generation humanoider Interaktion gestalten wollen.
Quelle: “RUKA: Rethinking the Design of Humanoid Hands with Learning” von Zorin, Guzey, Yan, Iyer, Kondrich, Bhattasali, Pinto. NYU Robotics. Zum Artikel.
