Estruturas de Origami Levam à Rigidez Ajustável em Robôs

Pesquisa recente da Universidade Estadual do Arizona demonstra como estruturas de origami curvas podem levar à flexibilidade ajustável em robôs. A flexibilidade ajustável permite que um robô ajuste sua rigidez com base na tarefa em questão, o que no passado provou ser difícil de implementar com projetos simples.

Hanqing Jiang é professor de engenharia mecânica da universidade e autor principal do artigo intitulado “Manipulação de Rigidez In Situ Usando Origami Curvo Elegante”. O trabalho foi publicado em Science Advances.

“A incorporação de estruturas de origami curvas no design de robôs fornece uma possibilidade notável em flexibilidade ajustável, ou rigidez, como seu conceito complementar”, disse Jiang. “Alta flexibilidade, ou baixa rigidez, é comparável à aterrissagem suave navegada por um gato. Baixa flexibilidade, ou alta rigidez, é semelhante à execução de um salto difícil em um par de botas rígidas.”

Diferença Operacional

Jiang comparou a diferença operacional oferecida por origami curvo com a de carros esportivos versus veículos mais focados no conforto.

“Semelhante a mudar entre um modo esportivo e um modo de condução confortável, essas estruturas de origami curvas oferecerão simultaneamente a capacidade de mudar entre modos macio e rígido, dependendo de como os robôs interagem com o ambiente”, disse ele.

No campo da robótica, existem diferentes modos de rigidez, como alta rigidez, que é crucial para levantar pesos pesados. Alta flexibilidade é utilizada para absorção de impacto, e rigidez negativa, que é a capacidade de liberar energia armazenada como uma mola, é usada para corrida.

Flexibilidade sob Demanda

Para robôs que exigem rigidez, eles são frequentemente volumosos. No entanto, o origami curvo permite que eles operem em uma escala de rigidez expandida, significando flexibilidade sob demanda.

A pesquisa da equipe se concentrou em combinar a energia de dobramento nas dobras do origami com a flexão da placa, que é ajustada movendo-se ao longo de várias dobras entre dois pontos. Com origami curvo, um único robô é capaz de realizar vários movimentos. Por exemplo, a equipe desenvolveu um robô que nada e tem uma gama de nove movimentos diferentes, como rápido, lento, médio, linear e rotacional. Para realizar qualquer um deles, as dobras apenas precisam ser ajustadas.

Além da robótica, os princípios estabelecidos na pesquisa podem ajudar a projetar metamateriais mecânicos em indústrias eletromagnéticas, automobilísticas e aeroespaciais. Isso também pode provar ser útil na criação de dispositivos biomédicos.

“A beleza deste trabalho é que o design de dobras curvas, e cada dobra curva corresponde a uma flexibilidade particular”, disse Jiang.

Outros autores contribuintes da pesquisa incluem Hanqing Jiang, Zirui Zhai e Lingling Wu, da Escola de Engenharia.