Origami Δομές Οδηγούν σε Προσαρμόσιμη Σκληρότητα σε Ρομπότ

Νέα έρευνα από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνας αποδεικνύει πώς οι καμπύλες δομές Origami μπορούν να οδηγήσουν σε ρυθμιζόμενη ευελιξία σε ρομπότ. Η ρυθμιζόμενη ευελιξία επιτρέπει σε ένα ρομπότ να điều chỉnh τη σκληρότητά του ανάλογα με την εργασία που εκτελεί, κάτι που στο παρελθόν είχε αποδειχθεί δύσκολο να εφαρμοστεί με απλές σχεδιάσεις.

Ο Hanqing Jiang είναι καθηγητής μηχανικής στο πανεπιστήμιο και αρχικός συγγραφέας του εγγράφου με τίτλο “In Situ Stiffness Manipulation Using Elegant Curved Origami.” Το έργο δημοσιεύθηκε στο Science Advances.

“Η ενσωμάτωση καμπύλων δομών Origami στη σχεδίαση ρομπότ παρέχει μια αξιοσημείωτη δυνατότητα σε ρυθμιζόμενη ευελιξία, ή σκληρότητα, ως συμπληρωματική έννοια”, είπε ο Jiang. “Υψηλή ευελιξία, ή χαμηλή σκληρότητα, είναι συγκρίσιμη με τη μαλακή προσγείωση που διαπραγματεύεται μια γάτα. Χαμηλή ευελιξία, ή υψηλή σκληρότητα, είναι παρόμοια με την εκτέλεση ενός σκληρού άλματος με ένα ζευγάρι σκληρά μποτάκια.”

Λειτουργική Διαφορά

Ο Jiang σύγκρινε τη λειτουργική διαφορά που προσφέρεται από τις καμπύλες Origami με αυτή των αθλητικών αυτοκινήτων έναντι των οχημάτων που επικεντρώνονται περισσότερο στη άνεση.

“Παρόμοια με την εναλλαγή μεταξύ ενός αθλητικού αυτοκινήτου και ενός οχήματος που προσφέρει άνετη οδήγηση, αυτές οι καμπύλες δομές Origami θα προσφέρουν ταυτόχρονα την ικανότητα να εναλλάσσονται μεταξύ μαλακών και σκληρών τρόπων ανάλογα με τον τρόπο που τα ρομπότ αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον”, είπε.

Στον τομέα της ρομποτικής, υπάρχουν διάφορες τρόποι σκληρότητας, όπως η υψηλή ακαμψία, η οποία είναι απαραίτητη για την άρση βαρέων βαρών. Η υψηλή ευελιξία εξαρτάται από την απορρόφηση των επιπτώσεων, και η αρνητική σκληρότητα, η οποία είναι η ικανότητα να απελευθερώνει αποθηκευμένη ενέργεια όπως ένα ελατήριο, χρησιμοποιείται για το σπριντ.

Προσαρμόσιμη Ευελιξία κατά Παραγγελία

Για τα ρομπότ που απαιτούν ακαμψία, αυτά είναι συχνά βαρέα. Ωστόσο, οι καμπύλες Origami επιτρέπουν να λειτουργούν σε μια διευρυμένη κλίμακα σκληρότητας, που σημαίνει προσαρμόσιμη ευελιξία κατά παραγγελία.

Η έρευνα της ομάδας επικεντρώθηκε στη συνδυαστική ενέργεια στο Origami με την κάμψη των πάνελ, η οποία ρυθμίζεται με την κίνηση κατά μήκος πολλαπλών ραφών μεταξύ δύο σημείων. Με τις καμπύλες Origami, ένα ρομπότ είναι ικανό να αναλάβει διάφορες κινήσεις. Για παράδειγμα, η ομάδα ανέπτυξε ένα ρομπότ που κολυμπά με ένα εύρος εννέα διαφορετικών κινήσεων, όπως γρήγορη, αργή, μέτρια, γραμμική και περιστροφική. Για να επιτύχει οποιαδήποτε από αυτές, απλώς χρειάζεται να ρυθμιστεί η ράχη.

Εκτός από τη ρομποτική, οι αρχές που παρουσιάζονται στην έρευνα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη σχεδίαση μηχανικών μεταϋλικών σε βιομηχανίες ηλεκτρομαγνητισμού, αυτοκινήτων και αεροδιαστημικής. Θα μπορούσε επίσης να αποδειχθεί χρήσιμο στη δημιουργία βιοϊατρικών συσκευών.

“Η ομορφιά αυτού του έργου είναι ότι ο σχεδιασμός των καμπύλων ραφών και κάθε καμπύλη ράχη αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη ευελιξία”, είπε ο Jiang.

Άλλοι συντελεστές της έρευνας περιλαμβάνουν τον Hanqing Jiang, Zirui Zhai και Lingling Wu από τη Σχολή Μηχανικής.