Le strutture origami portano a una rigidità regolabile nei robot

Una nuova ricerca dell’Università statale dell’Arizona dimostra come le strutture origami curve possano portare a una flessibilità regolabile nei robot. La flessibilità regolabile consente a un robot di regolare la sua rigidità in base al compito che deve eseguire, il che in passato si è rivelato difficile da implementare con progetti semplici.

Hanqing Jiang è un professore di ingegneria meccanica dell’università e autore principale del documento intitolato “In Situ Stiffness Manipulation Using Elegant Curved Origami”. Il lavoro è stato pubblicato su Science Advances.

“L’inserimento di strutture origami curve nella progettazione dei robot offre una possibilità notevole nella flessibilità regolabile, o rigidità, come concetto complementare”, ha detto Jiang. “Un’elevata flessibilità, o bassa rigidità, è paragonabile a un atterraggio morbido navigato da un gatto. Una bassa flessibilità, o alta rigidità, è simile all’esecuzione di un salto difficile con un paio di stivali rigidi”.

Differenza operativa

Jiang ha paragonato la differenza operativa offerta dalle strutture origami curve a quella delle auto sportive rispetto a veicoli più orientati al comfort.

“Simile a passare da una modalità sportiva a una modalità di guida confortevole, queste strutture origami curve offriranno simultaneamente la capacità di passare tra modalità morbide e dure in base a come i robot interagiscono con l’ambiente”, ha detto.

Nel campo della robotica, esistono diversi modi di rigidità, come l’alta rigidità, che è fondamentale per sollevare pesi pesanti. Un’elevata flessibilità è necessaria per l’assorbimento degli urti e la rigidità negativa, che è la capacità di rilasciare energia immagazzinata come una molla, viene utilizzata per lo sprint.

Flessibilità su richiesta

Per i robot che richiedono rigidità, sono spesso ingombranti. Tuttavia, le strutture origami curve consentono loro di operare su una scala di rigidità ampliata, il che significa flessibilità su richiesta.

La ricerca del team si è concentrata sul combinare l’energia di piegatura alle creste origami con la flessione del pannello, che è regolata spostandosi lungo più creste tra due punti. Con le strutture origami curve, un singolo robot è in grado di eseguire vari movimenti. Ad esempio, il team ha sviluppato un robot subacqueo che ha una gamma di nove movimenti diversi, come veloce, lento, medio, lineare e rotazionale. Per eseguire qualsiasi di questi, le creste devono essere semplicemente regolate.

Oltre alla robotica, i principi delineati nella ricerca potrebbero aiutare a progettare materiali meccanici metamateriali nelle industrie elettromagnetiche, automobilistiche e aerospaziali. Potrebbe anche rivelarsi utile nella creazione di dispositivi biomedici.

“La bellezza di questo lavoro è che la progettazione di creste curve e ogni cresta curva corrisponde a una particolare flessibilità”, ha detto Jiang.

Gli altri autori che hanno contribuito alla ricerca includono Hanqing Jiang, Zirui Zhai e Lingling Wu della Scuola di Ingegneria.