Универсально деформируемый модуль для применений робототехники на основе оригами

Кредит: Чао Чжан

Модульные роботы - роботические системы, которые могут адаптировать конфигурацию своего тела, чтобы изменить стиль локомоции или перемещаться по разным местности - могут быть очень выгодными для борьбы с миссиями в разнообразных условиях.За последнее десятилетие инженеры разработали широкий спектр модульных роботов, которые полагаются на различные конструкции и основные механизмы.

Исследовательская группа в Университете Уэстлейка и Университете Чжэцзян в Китае недавно представила новый модульный дизайн робота, вдохновленный бумажным искусством оригами, особенно в складке оригами, известной как модель Креслинга.Их дизайн, представленная в статье в природе, опирается на недавно введенные, универсально деформируемые модули, которые можно переставить для создания различных форм и конфигураций.

«Были предприняты некоторые попытки использовать шаблон Kresling для разработки многомодовых роботизированных вооружений», - сказал Tech Xplore Ханкинг Цзян, один из исследователей, которые провели исследование.«Тем не менее, существующие методы являются исключительно основанными самим шаблоном Kresling; таким образом, режимы деформации ограничены режимом скручивания и сокращения.

В контексте оригами рисунок Креслинга состоит в чередующихся горных (то есть выступающих) и долине (то есть, затонувших) складках, угнетенных вдоль противоположных скручивающих направлений.Этот шаблон может быть использован для создания сложных форм, которые напоминают закономерности, наблюдаемые в природе, такие как на крыльях Хокмота или спиральной геометрии на сочетаниях.

В рамках своего исследования Цзян и его коллеги пытались использовать этот конкретный шаблон оригами для создания модульной деформируемой единицы, которая может быть адаптирована для создания различных форм.Модуль, который они создают, обусловлен пневматикой, системами, которые полагаются на газ или воздух под давлением для производства различных движений.

«Устройство состоит из двухуровневого рисунка Kresling с противоположными скручивающими направлениями на каждом уровне»,-объяснил Цзян.«Что еще более важно, на каждом уровне на противоположных сторонах существует два боковых мешочка. Таким образом, в зависимости от того, как боковые мешочки под давлением, когда главная камера пылесосит, мы можем достичь разных режимов деформации».

Новый модуль, представленный исследователями, может изменить свою форму на основе приложенного к нему давление, создавая все виды форм, которые отвечают потребностям конкретных сценариев применения.В общей сложности он может создавать семь различных режимов движения у роботов с одним модулем оригами, включая три основных движения и четыре повторного объединения этих основных движений.

«Наша двухуровневая единица представляет собой универсальный модуль деформации, который может достичь всех возможных режимов деформации в зависимости от конкретных схем давления»,-сказал Цзян.«Модуль похож на наши руки, которые могут выполнять все режимы деформации (сокращение/разгибание, скручивание, изгиб), в зависимости от того, как нервы контролируют мышцы. Схемы давления подразделения похожи на наши нервы, а универсальный модуль принимает роль ролиНаша рука. Эта роботизированная рука на основе оригами будет функционировать как жесткая роботизированная рука с шестью градусами свободы ».

Исследователи оценили свой деформируемый модуль, вдохновленный оригами, в серии моделирования и реальных экспериментов.Результаты, которые они собрали, были очень многообещающими, подчеркивая его потенциал для разработки модульных роботов, которые могут адаптироваться к окружающей среде и двигаться по -разному.

Примечательно, что модуль также можно собрать, в то время как робот работает, что делает его идеальным для сложных реальных миссий, которые требуют быстрых адаптаций к изменениям окружающей среды.В будущем эта работа может, таким образом, проложить путь для более сложных мягких роботов, которые более отзывчивы к их окружению.

«В моих следующих работах я планирую использовать эту структуру для более практических применений, таких как захватывающие сложные объекты», - добавил Цзян.

Больше информации: Chao Zhang et al., Plug & Play Origami модули с режимами деформации универсали, Nature Communications (2023).Doi: 10.1038/s41467-023-39980-7