オリガミ構造がロボットに調整可能な剛性をもたらす

アリゾナ州立大学からの新しい研究は、曲がったオリガミ構造がロボットに調整可能な柔軟性をもたらすことを示しています。調整可能な柔軟性により、ロボットはタスクに応じて剛性を調整できます。これは、過去にシンプルなデザインでは実装が難しかったことがあります。

ハンキン・ジャンは、大学の機械工学教授であり、論文「In Situ Stiffness Manipulation Using Elegant Curved Origami」の第一著者です。この研究は、Science Advancesに掲載されています。

「曲がったオリガミ構造をロボットの設計に組み込むことで、調整可能な柔軟性、または剛性の概念において、注目すべき可能性が提供されます」とジャンは述べています。「高柔軟性、または低剛性は、猫が軟らかく着地するのと似ており、低柔軟性、または高剛性は、硬い靴を履いてジャンプするのと似ています」。

操作上の違い

ジャンは、曲がったオリガミの操作上の違いを、スポーツカーとより快適性に焦点を当てた車両に例えました。

「スポーツモードから快適な乗り心地モードに切り替えるのと同様に、これらの曲がったオリガミ構造は、ロボットが環境とどのように相互作用するかに応じて、ソフトモードとハードモードの間でオンデマンドに切り替える機能を提供します」と彼は述べています。

ロボット工学の分野では、高剛性モード、柔軟性モード、負の剛性モードなど、さまざまな剛性モードがあります。高剛性は重い重量を持ち上げるために不可欠であり、高柔軟性は衝撃吸収に頼り、負の剛性はスプリングのように保存されたエネルギーを放出するために使用されます。

オンデマンドの柔軟性

剛性が必要なロボットは、通常、 громいです。ただし、曲がったオリガミにより、剛性のスケールを拡大してオンデマンドの柔軟性を実現できます。

研究チームは、折り畳みエネルギーをオリガミの折り目で組み合わせ、パネル曲げを調整することに焦点を当てました。曲がったオリガミにより、単一のロボットがさまざまな動きを実行できます。たとえば、チームは、9つの異なる動き（高速、低速、中速、線形、回転など）を実行できる泳ぐロボットを開発しました。これらの動きを実行するには、折り目を調整するだけで済みます。

ロボット工学以外に、研究で示された原理は、電磁気、自動車、航空宇宙産業での機械的メタマテリアルの設計に役立つ可能性があります。また、生体医療機器の開発にも役立つ可能性があります。

「この研究の美しさは、曲がった折り目の設計であり、各曲がった折り目は特定の柔軟性に対応しているということです」とジャンは述べています。

この研究に貢献した他の著者には、ハンキン・ジャン、ジルイ・ジャイ、リンリン・ウー（School for Engineering）がいます。