Un modulo deformabile universalmente ispirato all'origami per applicazioni robotiche

12 agosto 2023 caratteristica

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

I robot modulari, ossia sistemi robotici che possono adattare la loro configurazione corporea per cambiare stile di locomozione o muoversi su diversi terreni, possono essere altamente vantaggiosi per affrontare missioni in ambienti diversi. Negli ultimi dieci anni circa, gli ingegneri hanno sviluppato una vasta gamma di robot modulari che si basano su progetti e meccanismi diversi.

Un team di ricerca presso l'Università di Westlake e l'Università di Zhejiang in Cina ha recentemente presentato un nuovo progetto di robot modulare ispirato all'arte dell'origami, nello specifico al modello di piega origami noto come motivo Kresling. Il loro progetto, presentato in un articolo su Nature Communications, si basa su moduli deformabili introdotti di recente, che possono essere riarrangiati per creare diverse forme e configurazioni.

"Ci sono stati alcuni sforzi per utilizzare il motivo Kresling per sviluppare bracci robotici multimodali", ha detto Hanquing Jiang, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, a Tech Xplore. "Tuttavia, i metodi esistenti si basano esclusivamente sul motivo Kresling stesso; di conseguenza, le modalità di deformazione sono limitate dalla torsione accoppiata e dalla modalità di contrazione. L'obiettivo principale era modificare il classico motivo Kresling e generare nuove modalità di deformazione."

Nel contesto dell'origami, il motivo Kresling consiste nell'alternanza di pieghe montagna (cioè sporgenti) e pieghe valle (cioè scavate) angolate lungo direzioni di torsione opposte. Questo motivo può essere utilizzato per creare forme complesse che assomigliano a motivi osservati in natura, come quelli sulle ali delle falene o le geometrie a spirale sui pigne.

Nel loro studio, Jiang e i suoi colleghi hanno cercato di utilizzare questo particolare motivo origami per creare un modulo deformabile modulare che potesse essere adattato per creare diverse forme. Il modulo che hanno creato è azionato da pneumatica, un sistema che si basa su gas o aria pressurizzata per produrre diversi movimenti.

"L'unità è composta da un motivo Kresling bimodulo con direzioni di torsione opposte su ciascun livello", ha spiegato Jiang. "Inoltre, su ciascun livello, ci sono due tasche laterali sui lati opposti. Di conseguenza, a seconda di come le tasche laterali sono pressurizzate, quando la camera principale viene messa sottovuoto, possiamo raggiungere diverse modalità di deformazione."

Il nuovo modulo introdotto dai ricercatori può cambiare forma in base alla pressione applicata ad esso, producendo tutte le forme necessarie per specifici scenari applicativi. In totale, può produrre sette diverse modalità di movimento in robot con un singolo modulo origami, compresi tre movimenti di base e quattro ricombinazioni di questi movimenti di base.

"La nostra unità bimodulo è un modulo di deformazione universale che può raggiungere tutte le possibili modalità di deformazione a seconda degli schemi di pressurizzazione specifici utilizzati", ha detto Jiang. "Il modulo è come le nostre braccia, che possono eseguire tutte le modalità di deformazione (contrazione/estensione, torsione, flessione), a seconda di come i nervi controllano i muscoli. Gli schemi di pressurizzazione dell'unità sono come i nostri nervi e il modulo universale assume il ruolo del nostro braccio. Questo braccio robotico basato sull'origami funzionerebbe come il braccio robotico rigido che ha sei gradi di libertà."

I ricercatori hanno valutato il loro modulo deformabile ispirato all'origami in una serie di simulazioni ed esperimenti nel mondo reale. I risultati ottenuti sono stati molto promettenti, evidenziando il suo potenziale per lo sviluppo di robot modulari che possono adattarsi all'ambiente circostante e muoversi in modi diversi.

Notevolmente, il modulo può anche essere riassemblato mentre un robot è in funzione, il che lo rende ideale per missioni reali complesse che richiedono adattamenti rapidi ai cambiamenti ambientali. In futuro, questo lavoro potrebbe aprire la strada a robot morbidi più sofisticati che rispondono meglio al loro ambiente circostante.

"Nei miei prossimi lavori, ho intenzione di utilizzare questa struttura per applicazioni più pratiche, come afferrare oggetti di grandi dimensioni", ha aggiunto Jiang.

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