В последние годы робототехники создают все большее число автономных систем, основанных на различных конструкциях. Среди них модульные роботы, которые состоят из различных элементов или «модулей», которые могут быть реконфигурированы для более эффективного выполнения конкретных задач.
Оригами, азиатское искусство складывания бумаги для создания трехмерных декоративных форм, может стать ценным источником вдохновения для создания модульных роботизированных конструкций. Это связано с тем, что он предлагает предопределенные модели и узоры, с помощью которых 2D-листы материалов могут быть превращены в сложные 3D-структуры с различными механическими свойствами.
Исследователи из Университета Гуанчжоу, Университета Яньшань и других университетов Китая недавно создали нового модульного робота непрерывного действия, сконструированного из серии трубок на основе особой складки оригами, известной как складка Миура. Этот робот, представленный в статье для предварительной печати, опубликованной на SSRN, может сжиматься и сгибаться по определенным схемам для выполнения различных задач.
«Складывание плоского листа по определенному рисунку сгибов может привести к образованию трехмерной трубки оригами, которая, как было доказано, обладает уникальными механическими свойствами и имеет широкое инженерное применение», — рассказали Tech Xplore Цзюньфэн Хэ, Гуйлинь Вэнь и их коллеги. «В этом исследовании была разработана трубка оригами, полученная из Miura, и проанализированы ее точные условия кругового смыкания и механические свойства, которые показали, что трубка оригами обладает программируемыми характеристиками жесткости».
Складка Миура — это узор оригами, в результате которого плоская поверхность складывается в конструкцию меньшей площади. Этот сгиб был использован для создания различных технологий, которые могут извлечь выгоду из такого изменения формы, включая большие солнечные панели для спутников, которые можно запускать в сложенном виде, а затем раскладывать в космосе.
В рамках своего исследования он, Вэнь и их коллеги использовали этот сгиб для создания гибких трубок, которые затем послужили основой их робота. В основе этих трубок лежит лист поливинилхлорида (ПВХ), прочного материала, который иногда используется для изготовления медицинских приборов, труб и изоляции кабелей.
Этот материал обладает рядом преимуществ, в том числе гибкостью и высокой прочностью при изгибе или сжатии. В результате трубки, которые служат основой модульного робота, являются гибкими и могут сгибаться, сжиматься и скручиваться, не ломаясь.
Чтобы оценить жизнеспособность своей конструкции и надежность конструкций оригами, на которых она основана, исследователи создали прототип робота, изготовленный из трех гибких трубчатых модулей. Этот робот может как складываться сам по себе, чтобы уменьшить свой размер, так и наклоняться в сторону.
«Три отдельные стальные проволоки приводят в движение каждый модуль для достижения независимого сжатия или изгиба», — объясняют он, Вэнь и их коллеги в своей статье. «Унифицированная установка двигателей, приводимых в действие стальной проволокой, на базе обеспечивает роботу легкое, взаимосвязанное внутреннее пространство, высокую масштабируемость и [гибкую] основу».
Он, Вэнь и их коллеги оценили свой прототип в серии экспериментов и обнаружили, что он может успешно выполнять две разные задачи. Первый заключается в закреплении на его основании в узком пространстве, а второй, требующий установки магнитного захвата в верхней части конструкции, предполагает удержание и подъем предметов.
В будущем эта новая модульная конструкция, основанная на оригами, может быть использована для создания других роботов, которые смогут эффективно решать различные задачи реального мира. Кроме того, работа этой команды могла бы вдохновить на создание других гибких конструкций на основе оригами, которые могли бы послужить основой для других роботизированных систем.