Un módulo universalmente deformable inspirado en el origami para aplicaciones de robótica.

12 de agosto de 2023 característica

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corregido por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Los robots modulares, sistemas robóticos que pueden adaptar su configuración corporal para cambiar el estilo de locomoción o moverse en diferentes terrenos, pueden ser muy ventajosos para abordar misiones en entornos diversos. En la última década más o menos, los ingenieros han desarrollado una amplia gama de robots modulares que se basan en diferentes diseños y mecanismos subyacentes.

Un equipo de investigación de la Universidad de Westlake y la Universidad de Zhejiang en China presentó recientemente un nuevo diseño de robot modular inspirado en el arte del origami, específicamente en un pliegue de origami conocido como el patrón Kresling. Su diseño, presentado en un artículo en Nature Communications, se basa en módulos deformables recientemente introducidos que pueden reorganizarse para crear diferentes formas y configuraciones.

"Ha habido algunos esfuerzos para utilizar el patrón Kresling para desarrollar brazos robóticos multimodo", dijo Hanquing Jiang, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio, a Tech Xplore. "Sin embargo, los métodos existentes se basan puramente en el propio patrón Kresling; por lo tanto, los modos de deformación están limitados por el acoplamiento de torsión y contracción. El objetivo principal es modificar el patrón clásico de Kresling y generar nuevos modos de deformación."

En el contexto del origami, el patrón Kresling consiste en pliegues de montaña (es decir, sobresalientes) y valle (es decir, hundidos) alternos, angulados en direcciones de torsión opuestas. Este patrón se puede utilizar para crear formas complejas que se asemejan a patrones observados en la naturaleza, como los de las alas de una polilla esfinge o las geometrías en espiral de las piñas.

Como parte de su estudio, Jiang y sus colegas intentaron utilizar este patrón de origami particular para crear una unidad deformable modular que pudiera adaptarse para crear diferentes formas. El módulo que crearon está impulsado por la neumática, sistemas que se basan en gas o aire comprimido para producir diferentes movimientos.

"La unidad consta de un patrón Kresling de dos niveles con direcciones de torsión opuestas en cada nivel", explicó Jiang. "Más importante aún, en cada nivel hay dos bolsas laterales en los lados opuestos. Así que, dependiendo de cómo se presuricen las bolsas laterales, cuando se vacía la cámara principal, podemos lograr diferentes modos de deformación."

El nuevo módulo introducido por los investigadores puede cambiar su forma según la presión aplicada, produciendo todo tipo de formas que satisfacen las necesidades de escenarios de aplicación específicos. En total, puede producir siete modos de movimiento diferentes en robots con un solo módulo de origami, incluyendo tres movimientos básicos y cuatro recombinaciones de estos movimientos básicos.

"Nuestra unidad de dos niveles es un módulo de deformación universal que puede lograr todos los modos de deformación posibles dependiendo de los esquemas de presurización específicos empleados", dijo Jiang. "El módulo es como nuestros brazos, que pueden realizar todos los modos de deformación (contracción/extensión, torsión, flexión), dependiendo de cómo los nervios controlan los músculos. Los esquemas de presurización de la unidad son como nuestros nervios y el módulo universal asume el papel de nuestro brazo. Este brazo robótico basado en el origami funcionaría como el brazo robótico rígido que tiene seis grados de libertad."

Los investigadores evaluaron su módulo deformable inspirado en el origami en una serie de simulaciones y experimentos en el mundo real. Los resultados que obtuvieron fueron muy prometedores, destacando su potencial para desarrollar robots modulares que puedan adaptarse a su entorno circundante y moverse de diferentes formas.

Es notable que el módulo también puede ser reensamblado mientras un robot está en funcionamiento, lo que lo hace ideal para misiones complejas en el mundo real que requieren adaptaciones rápidas a los cambios del entorno. En el futuro, este trabajo podría allanar el camino para robots suaves más sofisticados que sean más receptivos a su entorno.

"En mis próximos trabajos, planeo utilizar esta estructura para aplicaciones más prácticas, como agarrar objetos de gran tamaño", agregó Jiang.

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