Das Team erstellt einen modularen kontinuierlichen Roboter auf Basis von Origami-gefalteten Röhren.

9. Juni 2023 Funktion

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von Ingrid Fadelli, Tech Xplore

In den letzten Jahren haben Robotiker eine wachsende Anzahl autonomer Systeme auf unterschiedlichen Strukturen und Designs basierend geschaffen. Darunter befinden sich modulare Roboter, die aus unterschiedlichen Elementen oder "Modulen" bestehen, die zur Erledigung spezifischer Aufgaben effektiver umkonfiguriert werden können.

Origami, die asiatische Kunst des Papierfaltens zur Erstellung von 3D-Dekorationsformen, kann eine wertvolle Inspiration für die Schaffung modularer Roboterstrukturen sein. Dies liegt daran, dass es vordefinierte Modelle und Muster bietet, durch die 2D-Materialblätter in aufwendige 3D-Strukturen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften umgewandelt werden können.

Forscher der Guangzhou University, der Yanshan University und anderer Universitäten in China haben kürzlich einen neuen modularen kontinuierlichen Roboter konstruiert, der aus einer Reihe von Röhren basierend auf einer spezifischen Origami-Faltung, bekannt als die Miura-Faltung, besteht. Dieser Roboter, der in einem vorab veröffentlichten Papier auf SSRN vorgestellt wurde, kann sich kontrahieren und beugen und dabei spezifischen Mustern folgen, um unterschiedliche Aufgaben zu erledigen.

"Wenn man ein Flachblatt unter einer bestimmten Falzstruktur faltet, kann man eine dreidimensionale Origami-Röhre erstellen, die einzigartige mechanische Eigenschaften aufweist und breite Anwendungen in der Technik bietet", sagten Junfeng He, Guilin Wen und ihre Kollegen gegenüber Tech Xplore. "In dieser Studie wurde eine Miura-abgeleitete Origami-Röhre entworfen und ihre genaue kreisförmige Abschlussbedingung und mechanische Eigenschaften analysiert, wodurch gezeigt wurde, dass die Origami-Röhre über programmierbare Steifheitseigenschaften verfügt."

Die Miura-Faltung ist ein Origami-Muster, das zur Falten einer Fläche in eine Struktur mit kleinerer Fläche führt. Diese Falte wurde verwendet, um verschiedene Technologien zu schaffen, die von dieser Formänderung profitieren können, wie beispielsweise große Solarmodule für Satelliten, die gefaltet ins All geschickt und dann dort auseinandergefaltet werden können.

Im Rahmen ihrer Studie nutzten He, Wen und ihre Kollegen diese Faltung, um flexible Röhren zu erstellen, die dann als Grundlage ihres Roboters dienten. Diese Röhren basieren auf einer Platte aus Polyvinylchlorid (PVC), einem robusten Material, das manchmal zur Herstellung von medizinischen Geräten, Rohren und Isolierungen für Kabel verwendet wird.

Dieses Material hat mehrere vorteilhafte Eigenschaften, einschließlich Flexibilität und hoher Widerstandsfähigkeit beim Biegen oder Komprimieren. Daher sind die Röhren, die als Rückgrat des modularen Roboters dienen, flexibel und können gebogen, komprimiert und gedreht werden, ohne zu brechen.

Um die Lebensfähigkeit ihres Designs und die Robustheit der Origami-Strukturen, auf denen es beruht, zu bewerten, erstellten die Forscher einen Prototyp-Roboter, der aus drei flexiblen Röhrenmodulen besteht. Dieser Roboter kann sich sowohl auf sich selbst faltend seine Größe verringern als auch zur Seite biegen.

"Drei separate Stahlkabel treiben jedes Modul an, um eine unabhängige Kontraktions- oder Biegebewegung zu erreichen", erklärten He, Wen und ihre Kollegen in ihrem Papier. "Die vereinheitlichte Installation von stahlgetriebenen Motoren an der Basis verleiht dem Roboter einen leichten, verbundenen Innenraum, hohe Skalierbarkeit und ein flexibles Rückgrat."

He, Wen und ihre Kollegen bewerteten ihren Prototypen in einer Reihe von Experimenten und stellten fest, dass er erfolgreich zwei verschiedene Aufgaben bewältigen konnte. Die erste besteht darin, sich in einem engen Raum auf seine Basis zu docken, und die zweite, die Installation eines magnetischen Greifers an der Spitze seiner Struktur erfordert, besteht darin, Objekte zu halten und zu heben.

In Zukunft könnte dieses neue modulare, auf Origami basierende Design verwendet werden, um andere Roboter zu schaffen, die unterschiedliche real-world Probleme wirksam lösen können. Darüber hinaus könnte die Arbeit dieses Teams die Schaffung anderer auf Origami basierender flexibler Strukturen inspirieren, die als Grundlage anderer robotischer Systeme dienen könnten.

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