Структури орігамі забезпечують регульовану жорсткість роботів

Нове дослідження, проведене Університетом штату Арізона, демонструє, як вигнуті структури орігамі можуть призвести до регульованої гнучкості роботів. Регульована гнучкість дозволяє роботу регулювати свою жорсткість залежно від поставленого завдання, що в минулому виявилося важко реалізувати за допомогою простих конструкцій.

Hanqing Jiang є професором машинобудування в університеті та провідним автором статті під назвою «В Сіту Маніпуляція жорсткістю за допомогою елегантного вигнутого орігамі». Твір опубліковано в Наука розвивається.

«Інкорпорація вигнутих структур орігамі в робототехнічну конструкцію забезпечує чудову можливість регульованої гнучкості або жорсткості як додаткову концепцію», — сказав Цзян. «Високу гнучкість або низьку жорсткість можна порівняти з м’яким приземленням, яким керує кіт. Низька гнучкість або висока жорсткість схожі на виконання жорсткого стрибка в парі жорстких черевиків».

Операційна різниця

Цзян порівняв робочу різницю, яку пропонує вигнуте орігамі, із різницею між спортивними автомобілями та автомобілями, орієнтованими на комфорт.

«Подібно до перемикання між режимом спортивного автомобіля та режимом комфортної їзди, ці вигнуті конструкції орігамі одночасно запропонують можливість перемикання між м’яким і жорстким режимами на вимогу залежно від того, як роботи взаємодіють із навколишнім середовищем», — сказав він.

У сфері робототехніки існують різні режими жорсткості, такі як висока жорсткість, яка має вирішальне значення для підняття важких вантажів. Висока гнучкість покладається на поглинання ударів, а негативна жорсткість, тобто здатність вивільняти накопичену енергію, як пружина, використовується для спринту.

Гнучкість на вимогу

Для роботів, яким потрібна жорсткість, вони часто громіздкі. Однак вигнуте орігамі дозволяє їм працювати на розширеній шкалі жорсткості, що означає гнучкість на вимогу.

Дослідження команди було зосереджено на поєднанні енергії згинання в складках орігамі з вигином панелі, який налаштовується шляхом переміщення вздовж кількох складок між двома точками. Завдяки вигнутому орігамі один робот здатний виконувати різні рухи. Наприклад, команда розробила плаваючого робота, який має діапазон дев’яти різних рухів, таких як швидкі, повільні, середні, лінійні та обертальні. Щоб виконати будь-яке з цього, складки просто потрібно відкоригувати.

Окрім робототехніки, принципи, викладені в дослідженні, можуть допомогти розробити механічні метаматеріали в електромагнітній, автомобільній та аерокосмічній промисловості. Це також може виявитися корисним у створенні біомедичних пристроїв.

«Краса цієї роботи полягає в тому, що дизайн вигнутих складок, і кожна вигнута складка відповідає певній гнучкості», — сказав Цзян.

Серед інших авторів, які взяли участь у дослідженні, – Ханьцін Цзян, Зіруй Чжай та Лінлінг Ву з Інженерної школи.