Origami-rakenteet johtavat säädettävään jäykkyysasteeseen roboteissa

Arizonan osavaltion yliopistosta tehty uusi tutkimus osoittaa, miten kaarevat origami-rakenteet voivat johtaa säädettävään joustavuuteen roboteissa. Säädettävä joustavuus mahdollistaa robotin säätää jäykkyysastettaan tehtävän mukaan, mikä on osoittautunut haasteelliseksi toteuttaa yksinkertaisilla suunnittelulla.

Hanqing Jiang on yliopiston mekaniikan professori ja tutkimuksen pääkirjoittaja, jonka otsikko on ”In Situ Stiffness Manipulation Using Elegant Curved Origami”. Tutkimus on julkaistu Science Advances -julkaisussa.

”Origami-rakenteiden sisällyttäminen robottiin suunnitteluun tarjoaa merkittävän mahdollisuuden säädettävään joustavuuteen tai jäykkyysasteeseen, sen vastakonseptina”, Jiang sanoi. ”Korkea joustavuus, eli matala jäykkyys, on verrattavissa pehmeään laskeutumiseen, jota kissa ohjaa. Matala joustavuus, eli korkea jäykkyys, on vastaava kuin suorittaa kova hyppy jäykkien saappaiden kanssa.”

Toiminnallinen ero

Jiang vertasi toiminnallista eroa, jonka kaarevat origami-rakenteet tarjoavat, urheiluautojen ja enemmän mukavuuteen keskittyvien ajoneuvojen eroon.

”Samoin kuin vaihtaminen urheiluauton tilaan mukavaan ajoon, nämä kaarevat origami-rakenteet tarjoavat mahdollisuuden vaihdella pehmeän ja kovan tilan välillä sen mukaan, miten robotit vuorovaikuttavat ympäristönsä kanssa”, hän sanoi.

Robotiikassa on erilaisia jäykkyysmoodi, kuten korkea jäykkyys, joka on tärkeää raskaiden kuormien nostamiseen. Korkea joustavuus on tärkeää iskun absorbointiin, ja negatiivinen jäykkyys, joka on kyky vapauttaa varastoitua energiaa kuin jouset, käytetään rynnäkköön.

Toiminnallinen joustavuus

Roboteille, jotka vaativat jäykkyys, ne ovat usein kömpelöitä. Kaarevat origami-rakenteet mahdollistavat kuitenkin niiden toimimisen laajennetulla jäykkyysasteikolla, mikä tarkoittaa toiminnallista joustavuutta.

Tutkimusryhmän tutkimus keskittyi yhdistämään origami-juovien taittaminen paneelin taivuttamiseen, jota sääteli siirtymällä useiden juovien välillä kahden pisteen välillä. Kaarevien origami-rakenteiden ansiosta yksittäinen robotti pystyy suorittamaan erilaisia liikkeitä. Esimerkiksi tutkimusryhmä kehitti uimarebotin, jolla on yhdeksän erilaista liikettä, kuten nopea, hidas, keskinopea, lineaarinen ja pyöreä. Jotta robotti pystyy suorittamaan näitä, juovia vain tarvitsee säätää.

Lisäksi robotiikassa, tutkimuksessa esitetyt periaatteet voivat auttaa suunnittelemaan mekaanisia metamateriaaleja sähkömagneettisissa, autoteollisuuden ja ilmailuteollisuuden aloilla. Se voi myös olla hyödyllinen biolääketieteellisten laitteiden luomisessa.

”Tämän työn kauneus on, että kaarevien juovien suunnittelu ja kunkin kaarevan juoven vastaava joustavuus”, Jiang sanoi.

Muita tutkimukseen osallistuneita kirjoittajia ovat Hanqing Jiang, Zirui Zhai ja Lingling Wu School for Engineering -yksiköstä.