Structuri Origami conduc la rigiditate ajustabilă în roboți

Noi cercetări efectuate la Universitatea de Stat din Arizona demonstrează cum structurile origami curbate pot conduce la flexibilitate reglabilă în roboți. Flexibilitatea reglabilă permite unui robot să ajusteze rigiditatea în funcție de sarcina pe care o execută, ceea ce în trecut s-a dovedit a fi dificil de implementat cu designuri simple.

Hanqing Jiang este profesor de inginerie mecanică la universitate și autor principal al articolului intitulat „Manipularea rigidității în situ utilizând origami curbate elegante.” Lucrarea a fost publicată în Science Advances.

„Incorporarea structurilor origami curbate în proiectarea robotică oferă o posibilitate remarcabilă de flexibilitate reglabilă, sau rigiditate, ca concept complementar”, a spus Jiang. „O flexibilitate ridicată, sau o rigiditate scăzută, este comparabilă cu aterizarea moale navigată de o pisică. O flexibilitate scăzută, sau o rigiditate ridicată, este similară cu executarea unui salt dur într-o pereche de bocanci rigizi.”

Diferență operațională

Jiang a comparat diferența operațională oferită de structurile origami curbate cu cea a mașinilor sport cu mașinile mai confortabile.

„Similar cu comutarea între un mod sportiv și un mod de călătorie confortabil, aceste structuri origami curbate vor oferi în mod simultan o capacitate de a comuta între modurile moi și dure, în funcție de modul în care roboții interacționează cu mediul”, a spus el.

În domeniul robotică, există diferite moduri de rigiditate, cum ar fi rigiditatea ridicată, care este esențială pentru ridicarea greutăților mari. Flexibilitatea ridicată este utilizată pentru absorbția impactului, iar rigiditatea negativă, care este capacitatea de a elibera energia stocată ca un arc, este utilizată pentru sprint.

Flexibilitate la cerere

Pentru roboții care necesită rigiditate, aceștia sunt adesea voluminoși. Cu toate acestea, origamiul curbate permite ca aceștia să funcționeze pe o scară de rigiditate extinsă, ceea ce înseamnă flexibilitate la cerere.

Cercetarea echipei s-a axat pe combinarea energiei de îndoire la îmbinările origami cu îndoirea panourilor, care este reglată prin deplasarea de-a lungul mai multor îmbinări între două puncte. Cu origamiul curbate, un singur robot este capabil să efectueze diverse mișcări. De exemplu, echipa a dezvoltat un robot de înot care are o gamă de nouă mișcări diferite, cum ar fi rapid, lent, mediu, liniar și rotativ. Pentru a realiza oricare dintre acestea, îmbinările trebuie doar ajustate.

Pe lângă robotică, principiile prezentate în cercetare ar putea ajuta la proiectarea materialelor mecanice metamateriale în industriile electromagnetice, auto și aerospațiale. De asemenea, ar putea fi utilă în crearea dispozitivelor biomedicale.

„Frumusețea acestui lucru este că proiectarea îmbinărilor curbate și fiecare îmbinare curbă corespunde unei anumite flexibilități”, a spus Jiang.

Alți autori care au contribuit la cercetare includ Hanqing Jiang, Zirui Zhai și Lingling Wu de la Școala de Inginerie.