Das Team erstellt einen modularen kontinuierlichen Roboter auf Origami-Basis

Feature vom 9. Juni 2023

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von Ingrid Fadelli, Tech Xplore

In den letzten Jahren haben Robotiker eine wachsende Zahl autonomer Systeme geschaffen, die auf unterschiedlichen Strukturen und Designs basieren. Dazu gehören modulare Roboter, die aus verschiedenen Elementen oder „Modulen“ bestehen, die neu konfiguriert werden können, um bestimmte Aufgaben effektiver auszuführen.

Origami, die asiatische Kunst, Papier zu falten, um dekorative 3D-Formen zu schaffen, kann eine wertvolle Inspiration für die Schaffung modularer Roboterstrukturen sein. Dies liegt daran, dass es vordefinierte Modelle und Muster bietet, mit denen 2D-Materialschichten in aufwändige 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 entwickelt, der aus einer Reihe von Röhren besteht und auf einer bestimmten Origami-Faltung, der sogenannten Miura-Faltung, basiert. Dieser Roboter, der in einem auf SSRN veröffentlichten Vorabdruck vorgestellt wurde, kann sich nach bestimmten Mustern zusammenziehen und biegen, um verschiedene Aufgaben zu erledigen.

„Das Falten eines flachen Blattes unter einem bestimmten Faltenmuster kann eine dreidimensionale Origami-Röhre bilden, die nachweislich einzigartige mechanische Eigenschaften aufweist und vielfältige technische Anwendungen bietet“, sagten Junfeng He, Guilin Wen und ihre Kollegen gegenüber Tech Xplore. „In dieser Studie wird ein von Miura abgeleitetes Origami-Rohr entworfen und sein präziser kreisförmiger Schließzustand und seine mechanischen Eigenschaften analysiert. Dabei zeigt sich, dass das Origami-Rohr programmierbare Steifigkeitseigenschaften aufweist.“

Die Miura-Faltung ist ein Origami-Muster, bei dem eine flache Oberfläche in eine Struktur mit kleinerer Fläche gefaltet wird. Diese Faltung wurde genutzt, um verschiedene Technologien zu entwickeln, die von dieser Formänderung profitieren könnten, darunter große Solarpaneele für Satelliten, die zusammengefaltet gestartet und dann im Weltraum ausgebreitet werden können.

Im Rahmen ihrer Studie nutzten He, Wen und ihre Kollegen diese Falte, um flexible Schläuche herzustellen, die dann als Basis für ihren Roboter dienten. Diese Rohre basieren auf einer Folie aus Polyvinylchlorid (PVC), einem robusten Material, das manchmal zur Herstellung medizinischer Geräte, Rohre und Isolierungen für Kabel verwendet wird.

Dieses Material weist mehrere vorteilhafte Eigenschaften auf, darunter Flexibilität und einen hohen Widerstand beim Biegen oder Zusammendrücken. Dadurch sind die Rohre, die als Rückgrat des modularen Roboters dienen, flexibel und können gebogen, komprimiert und verdreht werden, ohne zu brechen.

Um die Realisierbarkeit ihres Designs und die Robustheit der Origami-Strukturen, auf denen es basiert, zu beurteilen, erstellten die Forscher einen Prototyp-Roboter, der aus drei flexiblen Rohrmodulen besteht. Dieser Roboter kann sowohl auf sich selbst zusammenklappen, um seine Größe zu reduzieren, als auch zur Seite biegen.

„Drei separate Stahldrähte treiben jedes Modul an, um eine unabhängige Kontraktions- oder Biegebewegung zu erreichen“, erklärten He, Wen und ihre Kollegen in ihrer Arbeit. „Die einheitliche Installation von durch Stahldraht angetriebenen Motoren auf der Basis verleiht dem Roboter einen leichten, miteinander verbundenen Innenraum, eine hohe Skalierbarkeit und ein [flexibles] Rückgrat.“

Er, Wen und ihre Kollegen bewerteten ihren Prototyp in einer Reihe von Experimenten und stellten fest, dass er zwei verschiedene Aufgaben erfolgreich erfüllen konnte. Die erste Möglichkeit besteht darin, auf engstem Raum an der Basis anzudocken, und die zweite Möglichkeit, an der Oberseite der Struktur einen magnetischen Greifer zu installieren, besteht darin, Gegenstände zu halten und anzuheben.

In Zukunft könnte dieses neue modulare, auf Origami basierende Design zur Entwicklung weiterer Roboter genutzt werden, die verschiedene Probleme der realen Welt effektiv lösen können. Darüber hinaus könnte die Arbeit dieses Teams die Schaffung anderer flexibler Strukturen auf Origami-Basis inspirieren, die als Rückgrat anderer Robotersysteme dienen könnten.

Mehr Informationen: Junfeng He et al, A Modular Continuous Robot Constructed by Miura-Derived Origami Tubes, SSRN (2023). DOI: 10.2139/ssrn.4455959

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