Origami Struktury Vedou k Přizpůsobivé Tuhosti v Robotech

Nový výzkum z Arizonské státní univerzity demonstruje, jak zakřivené origami struktury mohou vést k nastavitelné flexibilitě v robotech. Nastavitelná flexibilita umožňuje robotu upravit svou tuhost na základě úkolu, který má být proveden, což v minulosti bylo obtížné implementovat pomocí jednoduchých návrhů.

Hanqing Jiang je profesor mechanického inženýrství na univerzitě a hlavní autor článku s názvem „In Situ Stiffness Manipulation Using Elegant Curved Origami.“ Práce byla publikována v Science Advances.

„Zahrnutí zakřivených origami struktur do návrhu robotů poskytuje pozoruhodnou možnost nastavitelné flexibility, nebo tuhosti, jako komplementární koncept,“ 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.“

Operační Rozdíl

Jiang porovnal operační rozdíl nabízený zakřiveným origami s tím, co nabízejí sportovní vozy versus více komfortně zaměřené vozidla.

„Podobně jako přepínání mezi sportovním režimem a komfortním jízdním režimem, tyto zakřivené origami struktury budou současně nabízet možnost přepínat mezi měkkým a tvrdým režimem v závislosti na tom, jak roboty interagují s prostředím,“ řekl.

V oblasti robotiky existují různé režimy tuhosti, jako je vysoká tuhost, která je nezbytná pro zvedání těžkých břemen. Vysoká flexibilita se spoléhá na absorpci nárazu a negativní tuhost, která je schopnost uvolnit uloženou energii, jako pružina, se používá pro sprintování.

Požadovaná Flexibilita

Pro roboty, které vyžadují tuhost, jsou často objemné. Nicméně, zakřivené origami umožňují jim fungovat na rozšířené škále tuhosti, což znamená požadovanou flexibilitu.

Výzkum týmu se zaměřil na kombinování energie ohýbání v origami záhybech s ohýbáním panelu, které je ladeno pohybem podél více záhybů mezi dvěma body. S zakřiveným origami je jeden robot schopen provádět různé pohyby. Například tým vyvinul plaveckého robota, který má devět různých pohybů, jako je rychlý, pomalý, střední, lineární a rotační. Pro provedení libovolného z nich stačí upravit záhyby.

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

„Krása této práce spočívá v tom, že návrh zakřivených záhybů a každý zakřivený záhyb odpovídá konkrétní flexibilitě,“ řekl Jiang.

Dalšími přispívajícími autory výzkumu jsou Hanqing Jiang, Zirui Zhai a Lingling Wu ze Školy pro inženýrství.