Структури Origami призводять до регулюваної жорсткості в роботах

Нові дослідження в Університеті штату Аризона демонструють, як використовування структури Origami з кривими лініями може привести до налаштованої гнучкості в роботах. Налаштована гнучкість дозволяє роботам регулювати свою жорсткість залежно від завдання, яке вони виконують, що в минулому було складно реалізувати за допомогою простих конструкцій.

Ханцін Джианг – професор механічної інженерії в університеті та головний автор статті під назвою “Маніпуляція жорсткістю в місці за допомогою елегантних кривих Origami”. Робота була опублікована в Science Advances.

“Включення кривих структур Origami в конструкцію роботів надає можливість налаштованої гнучкості, або жорсткості, як її додаткової концепції”, – сказав Джианг. “Висока гнучкість, або низька жорсткість, порівнюється з м’яким приземленням, яким керує кіт. Низька гнучкість, або висока жорсткість, подібна до виконання жорсткого стрибка в парі жорстких черевиків.”

Оперативна різниця

Джианг порівняв оперативну різницю, яку надають криві структури Origami, з різницею між спортивними автомобілями та автомобілями, орієнтованими на комфорт.

“Подібно до перемикання між спортивним режимом та комфортним режимом, ці криві структури Origami одночасно пропонують можливість перемикання між м’яким та жорстким режимами залежно від того, як робот взаємодіє з середовищем”, – сказав він.

У галузі робототехніки існують різні режими жорсткості, такі як висока жорсткість, яка необхідна для підняття важких об’єктів. Висока гнучкість необхідна для поглинання ударів, а негативна жорсткість, яка є здатністю вивільняти запасену енергію, як пружина, використовується для спринту.

Гнучкість на вимогу

Для роботів, які потребують жорсткості, вони часто громіздкі. Однак криві структури Origami дозволяють їм працювати на розширеному масштабі жорсткості, що означає гнучкість на вимогу.

Дослідження команди було зосереджено на поєднанні енергії складання в місцях Origami з вигином панелі, який налаштовується шляхом переміщення по декількох місцях між двома точками. За допомогою кривих структур Origami один робот здатний виконувати різні рухи. Наприклад, команда розробила плаваючого робота, який має дев’ять різних рухів, таких як швидкий, повільний, середній, лінійний та обертальний. Для виконання будь-якого з них місця просто потрібно налаштувати.

Крім робототехніки, принципи, викладені в дослідженні, можуть допомогти у розробці механічних метаматеріалів в електромагнітній, автомобільній та аерокосмічній галузях. Це також може бути корисним у створенні біомедичних пристроїв.

“Краса цієї роботи полягає в тому, що дизайн кривих складок та кожна крива відповідає певній гнучкості”, – сказав Джианг.

Інші співавтори дослідження включають Ханціна Джианга, Цируй Чжаї та Лінлінг У з Школи інженерії.