โครงสร้าง Origami นำไปสู่ความแข็งแรงที่ปรับได้ในหุ่นยนต์

การวิจัยใหม่จาก Arizona State University แสดงให้เห็นว่าโครงสร้าง Origami ที่มีความโค้งสามารถนำไปสู่ความยืดหยุ่นที่ปรับได้ในหุ่นยนต์ ความยืดหยุ่นที่ปรับได้ทำให้หุ่นยนต์สามารถปรับความแข็งแรงตามงานที่ทำได้ ซึ่งในอดีต曾เป็นเรื่องที่ยากต่อการนำไปใช้ในการออกแบบที่ง่าย

Hanqing Jiang เป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัยและเป็นหัวหน้าผู้เขียนของเอกสารที่มีชื่อว่า “In Situ Stiffness Manipulation Using Elegant Curved Origami” งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Advances

“การรวมโครงสร้าง Origami ที่มีความโค้งเข้ากับการออกแบบหุ่นยนต์ทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่น่าประทับใจในการปรับความยืดหยุ่นหรือความแข็งแรง” จางกล่าว “ความยืดหยุ่นที่สูงหรือความแข็งแรงที่ต่ำสามารถเทียบได้กับการลงจอดแบบนุ่มๆ ของแมว ความยืดหยุ่นที่ต่ำหรือความแข็งแรงที่สูงสามารถเทียบได้กับการกระโดดที่ยากในรองเท้าที่มีความแข็งแรง”

ความแตกต่างในการทำงาน

จางเปรียบเทียบความแตกต่างในการทำงานที่ได้รับจากโครงสร้าง Origami ที่มีความโค้งกับรถสปอร์ตและรถที่มุ่งเน้นความสะดวกสบาย

“คล้ายกับการเปลี่ยนจากโหมดรถสปอร์ตไปเป็นโหมดขับขี่ที่สบายๆ โครงสร้าง Origami ที่มีความโค้งจะให้ความสามารถในการเปลี่ยนระหว่างโหมดที่นุ่มและโหมดที่แข็งตามที่หุ่นยนต์โต้ตอบกับสภาพแวดล้อม” เขากล่าว

ในด้านหุ่นยนต์มีหลายโหมดของความแข็งแรง เช่น ความแข็งแรงที่สูงซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการยกของหนัก ความยืดหยุ่นที่สูงขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดูดซับผลกระทบ และความแข็งแรงที่เป็นลบซึ่งเป็นความสามารถในการปล่อยพลังงานที่เก็บไว้เหมือนกับลูกสปริงซึ่งใช้ในการวิ่ง

ความยืดหยุ่นที่ปรับได้ตามความต้องการ

สำหรับหุ่นยนต์ที่ต้องการความแข็งแรงมักจะใหญ่และหนัก แต่โครงสร้าง Origami ที่มีความโค้งทำให้สามารถทำงานในระดับความแข็งแรงที่กว้างขึ้น ซึ่งหมายถึงความยืดหยุ่นที่ปรับได้ตามความต้องการ

การวิจัยของทีมมุ่งเน้นในการรวมพลังงานการพับของ Origami กับการโค้งของแผ่น ซึ่งถูกตั้งค่าโดยการเคลื่อนที่ตามรอยพับหลายรอยระหว่างสองจุด ด้วยโครงสร้าง Origami ที่มีความโค้ง หุ่นยนต์สามารถทำงานได้หลายอย่าง ตัวอย่างเช่น ทีมได้พัฒนาหุ่นยนต์ใต้น้ำที่มีการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันถึง 9 รูปแบบ เช่น เร็ว ช้า ปานกลาง ตรง และการหมุน เพื่อให้สามารถทำสิ่งเหล่านี้ได้ เพียงแค่ต้องปรับรอยพับเท่านั้น

นอกจากด้านหุ่นยนต์แล้ว หลักการในงานวิจัยนี้ยังสามารถช่วยในการออกแบบวัสดุเมแทมาทีเรียลในอุตสาหกรรมอิเล็กโตรแมกเนติก ออโตโมบाइल และอวกาศ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการสร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์ได้

“ความงดงามของงานนี้คือการออกแบบรอยพับที่มีความโค้ง และรอยพับที่มีความโค้งแต่ละรอยสอดคล้องกับความยืดหยุ่นที่เฉพาะเจาะจง” จางกล่าว

ผู้เขียนร่วมในงานวิจัยนี้ ได้แก่ Hanqing Jiang, Zirui Zhai และ Lingling Wu จาก School for Engineering