Структуры оригами позволяют создавать роботов с регулируемой жесткостью

Новые исследования, проведенные в Университете штата Аризона, демонстрируют, как изогнутые структуры оригами могут привести к регулируемой гибкости в роботах. Регулируемая гибкость позволяет роботу регулировать свою жесткость в зависимости от выполняемой задачи, что в прошлом оказалось трудно реализовать с помощью простых конструкций.

Ханцин Джианг – профессор механической инженерии в университете и ведущий автор статьи под названием «Манипулирование жесткостью в situ с помощью элегантных изогнутых структур оригами». Работа была опубликована в Science Advances.

«Включение изогнутых структур оригами в конструкцию роботов предоставляет замечательную возможность для регулируемой гибкости, или жесткости, как ее дополнительной концепции», – сказал Джианг. «Высокая гибкость, или низкая жесткость, сравнима с мягкой посадкой, которую выполняет кошка. Низкая гибкость, или высокая жесткость, подобна выполнению жесткого прыжка в паре жестких ботинок».

Операционные различия

Джианг сравнил операционные различия, обеспечиваемые изогнутыми структурами оригами, с различиями между спортивными автомобилями и более комфортными транспортными средствами.

«Аналогично переключению между спортивным режимом и комфортным режимом, эти изогнутые структуры оригами будут одновременно предлагать возможность переключаться между мягким и жестким режимами в зависимости от того, как роботы взаимодействуют с окружающей средой», – сказал он.

В области робототехники существуют различные режимы жесткости, такие как высокая жесткость, которая необходима для подъема тяжелых грузов. Высокая гибкость полагается на поглощение ударов, а отрицательная жесткость, которая представляет собой способность выпустить запасенную энергию, как пружина, используется для спринта.

Гибкость по требованию

Для роботов, которые требуют жесткости, они часто бывают громоздкими. Однако изогнутые структуры оригами позволяют им работать в расширенном диапазоне жесткости, что означает гибкость по требованию.

Исследования команды были сосредоточены на сочетании энергии складывания в складках оригами с изгибом панели, который настраивается путем перемещения по нескольким складкам между двумя точками. С помощью изогнутых структур оригами один робот способен выполнять различные движения. Например, команда разработала робота-плавающего, который имеет девять различных движений, таких как быстрое, медленное, среднее, линейное и вращательное. Чтобы выполнить любое из них, необходимо всего лишь отрегулировать складки.

Помимо робототехники, принципы, изложенные в исследовании, могут помочь в проектировании механических метаматериалов в электромагнитной, автомобильной и аэрокосмической промышленности. Они также могут оказаться полезными при создании биомедицинских устройств.

«Красота этой работы заключается в том, что конструкция изогнутых складок и каждая изогнутая складка соответствует определенной гибкости», – сказал Джианг.

Среди других авторов исследования – Ханцин Джианг, Цируй Чжай и Линлин Ву из Школы инженерии.