Estructuras de Origami Llevan a Rigidez Ajustable en Robots

Nueva investigación en la Universidad Estatal de Arizona demuestra cómo las estructuras de origami curvas pueden llevar a una flexibilidad ajustable en robots. La flexibilidad ajustable permite a un robot ajustar su rigidez según la tarea que se le presente, lo que en el pasado ha demostrado ser difícil de implementar con diseños simples.

Hanqing Jiang es profesor de ingeniería mecánica en la universidad y autor principal del artículo titulado “Manipulación de rigidez in situ utilizando origami curvo elegante”. El trabajo se publicó en Science Advances.

“La incorporación de estructuras de origami curvas en el diseño de robots proporciona una posibilidad notable en flexibilidad ajustable, o rigidez, como su concepto complementario”, dijo Jiang. “Alta flexibilidad, o baja rigidez, es comparable a un aterrizaje suave navegado por un gato. Baja flexibilidad, o alta rigidez, es similar a ejecutar un salto duro en un par de botas rígidas”.

Diferencia Operativa

Jiang comparó la diferencia operativa ofrecida por el origami curvo con la de los coches deportivos versus los vehículos más enfocados en la comodidad.

“Al igual que cambiar entre un modo de coche deportivo y un modo de conducción cómoda, estas estructuras de origami curvas ofrecerán simultáneamente la capacidad de cambiar entre modos suaves y duros según cómo los robots interactúen con el entorno”, dijo.

Dentro del campo de la robótica, existen diferentes modos de rigidez, como la alta rigidez, que es crucial para levantar pesos pesados. La alta flexibilidad se utiliza para la absorción de impactos, y la rigidez negativa, que es la capacidad de liberar energía almacenada como un resorte, se utiliza para sprint.

Flexibilidad a Demanda

Para los robots que requieren rigidez, a menudo son voluminosos. Sin embargo, el origami curvo permite que operen en una escala de rigidez expandida, lo que significa flexibilidad a demanda.

La investigación del equipo se centró en combinar la energía de plegado en las grietas del origami con la flexión de paneles, que se ajusta moviendo a lo largo de varias grietas entre dos puntos. Con el origami curvo, un solo robot es capaz de realizar varios movimientos. Por ejemplo, el equipo desarrolló un robot que nada que tiene un rango de nueve movimientos diferentes, como rápido, lento, medio, lineal y rotacional. Para lograr cualquiera de estos, solo es necesario ajustar las grietas.

Además de la robótica, los principios establecidos en la investigación podrían ayudar a diseñar materiales metamórficos mecánicos en las industrias electromagnéticas, automotrices y aeroespaciales. También podría ser útil en la creación de dispositivos biomédicos.

“La belleza de este trabajo es que el diseño de grietas curvas, y cada grieta curva corresponde a una flexibilidad particular”, dijo Jiang.

Los otros autores que contribuyeron a la investigación incluyen a Hanqing Jiang, Zirui Zhai y Lingling Wu de la Escuela de Ingeniería.