Struktury origami vedou u robotů k nastavitelné tuhosti

Nový výzkum z Arizona State University ukazuje, jak zakřivené origami struktury mohou vést k laditelné flexibilitě robotů. Laditelná flexibilita umožňuje robotu upravit svou tuhost na základě aktuálního úkolu, což se v minulosti ukázalo jako obtížné realizovat pomocí jednoduchých konstrukcí.

Hanqing Jiang je profesor strojního inženýrství na univerzitě a hlavní autor článku s názvem „In situ Manipulace s tuhostí pomocí elegantního zakřiveného origami.” Práce vyšla v r Věda Zálohy.

"Začlenění zakřivených origami struktur do robotického designu poskytuje pozoruhodnou možnost laditelné flexibility nebo tuhosti jako doplňkového konceptu," řekl Jiang. „Vysoká flexibilita nebo nízká tuhost je srovnatelná s měkkým přistáním navigovaným kočkou. Nízká flexibilita nebo vysoká tuhost je podobná provedení tvrdého skoku v páru tuhých bot.“

Provozní rozdíl

Jiang porovnal provozní rozdíl nabízený zakřiveným origami k rozdílu sportovních vozů oproti vozidlům zaměřeným na více pohodlí.

„Podobně jako přepínání mezi režimem sportovního auta a režimem pohodlné jízdy, tyto zakřivené origami struktury současně nabídnou možnost přepínat na požádání mezi měkkými a tvrdými režimy v závislosti na interakci robotů s prostředím,“ řekl.

V oblasti robotiky existují různé režimy tuhosti, jako je vysoká tuhost, která je klíčová pro zvedání těžkých břemen. Při absorpci nárazu se spoléhá na vysokou flexibilitu a při sprintu se využívá negativní tuhost, což je schopnost uvolnit uloženou energii jako pružina.

Flexibilita na vyžádání

U robotů, které vyžadují tuhost, jsou často objemné. Zakřivené origami jim však umožňuje pracovat na rozšířené stupnici tuhosti, což znamená flexibilitu na vyžádání.

Výzkum týmu se zaměřil na kombinaci energie skládání v origami záhybech s ohýbáním panelu, které je vyladěno pohybem podél několika záhybů mezi dvěma body. Se zakřiveným origami je jediný robot schopen provádět různé pohyby. Tým například vyvinul plaveckého robota, který má rozsah devíti různých pohybů, jako je rychlý, pomalý, střední, lineární a rotační. Aby bylo možné provést některou z těchto možností, je třeba pouze upravit záhyby.

Kromě robotiky by principy stanovené ve výzkumu mohly pomoci navrhovat mechanické metamateriály v elektromagnetickém, automobilovém a leteckém průmyslu. Mohlo by se také ukázat jako užitečné při vytváření biomedicínských zařízení.

"Krása této práce spočívá v tom, že design zakřivených záhybů a každý zakřivený záhyb odpovídá určité flexibilitě," řekl Jiang.

Mezi další autory přispívající k výzkumu patří Hanqing Jiang, Zirui Zhai a Lingling Wu ze School for Engineering.