Equipo crea robot continuo modular basado en origami

Característica del 9 de junio de 2023

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

En los últimos años, los especialistas en robótica han creado un número creciente de sistemas autónomos basados ​​en diferentes estructuras y diseños. Entre estos se encuentran los robots modulares, que están compuestos por diferentes elementos o "módulos" que pueden reconfigurarse para realizar tareas específicas de manera más efectiva.

Origami, el arte asiático de doblar papel para crear formas decorativas en 3D, puede ser una valiosa inspiración para la creación de estructuras robóticas modulares. Esto se debe a que ofrece modelos y patrones predefinidos a través de los cuales las hojas de materiales 2D se pueden convertir en estructuras 3D elaboradas con diferentes propiedades mecánicas.

Investigadores de la Universidad de Guangzhou, la Universidad de Yanshan y otras universidades de China crearon recientemente un nuevo robot continuo modular construido con una serie de tubos basados ​​en un pliegue de origami específico, conocido como el pliegue de Miura. Este robot, presentado en un artículo preimpreso publicado en SSRN, puede contraerse y doblarse siguiendo patrones específicos para completar diferentes tareas.

"Doblar una hoja plana bajo un patrón de pliegue específico puede formar un tubo de origami tridimensional, que ha demostrado exhibir propiedades mecánicas únicas y tiene amplias aplicaciones de ingeniería", dijeron a Tech Xplore Junfeng He, Guilin Wen y sus colegas. "En este estudio, se diseña un tubo de origami derivado de Miura y se analizan su condición de cierre circular precisa y sus propiedades mecánicas, lo que revela que el tubo de origami tiene características de rigidez programables".

El pliegue de Miura es un patrón de origami que da como resultado el plegado de una superficie plana en una estructura con un área más pequeña. Este pliegue se ha utilizado para crear diferentes tecnologías que pueden beneficiarse de este cambio de forma, incluidos los grandes paneles solares para satélites, que pueden lanzarse plegados sobre sí mismos y luego desplegarse en el espacio.

Como parte de su estudio, He, Wen y sus colegas utilizaron este pliegue para crear tubos flexibles, que luego sirvieron como base para su robot. Estos tubos se basan en una lámina de cloruro de polivinilo (PVC), un material resistente que a veces se usa para crear dispositivos médicos, tuberías y aislamientos para cables.

Este material tiene varias características ventajosas, entre ellas la flexibilidad y una alta resistencia cuando se dobla o se comprime. Como resultado, los tubos que sirven como columna vertebral del robot modular son flexibles y se pueden doblar, comprimir y torcer sin romperse.

Para evaluar la viabilidad de su diseño y la solidez de las estructuras de origami en las que se basa, los investigadores crearon un prototipo de robot compuesto por tres módulos de tubos flexibles. Este robot puede plegarse sobre sí mismo para reducir su tamaño y doblarse hacia un lado.

"Tres cables de acero separados impulsan cada módulo para lograr una contracción independiente o un movimiento de flexión", explicaron He, Wen y sus colegas en su artículo. "La instalación unificada de motores accionados por cables de acero en la base dota al robot de un espacio interior ligero e interconectado, alta escalabilidad y una columna vertebral [flexible]".

Él, Wen y sus colegas evaluaron su prototipo en una serie de experimentos y descubrieron que podía completar con éxito dos tareas diferentes. El primero consiste en acoplarse a su base cuando se encuentra en un espacio estrecho, y el segundo, que requiere la instalación de una pinza magnética en la parte superior de su estructura, implica sujetar y levantar objetos.

En el futuro, este nuevo diseño modular basado en origami podría usarse para crear otros robots que puedan abordar de manera efectiva diferentes problemas del mundo real. Además, el trabajo de este equipo podría inspirar la creación de otras estructuras flexibles basadas en origami que podrían servir como columna vertebral de otros sistemas robóticos.

Más información: Junfeng He et al, Un robot continuo modular construido por tubos de origami derivados de Miura, SSRN (2023). DOI: 10.2139/ssrn.4455959

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