Opinião

Origami curvo oferece uma rota criativa para a criação de robôs e outros dispositivos mecânicos
A ideia da nossa equipe foi inspirada no origami, a arte de dobrar papel. O origami pode ser rígido ou flexível dependendo de seu padrão de dobra, mas é difícil dar ao origami uma variedade de rigidez.
Por Hanqing Jiang e Zirui Zhai - 19/11/2020


Essas belas curvas são a chave para uma maneira simples de variar a rigidez das garras robóticas. njekaterina / DigitalVision via Getty Images

A grande ideia

A construção de garras robóticas que podem agarrar com firmeza objetos pesados ​​e também delicados, geralmente requer conjuntos complicados de engrenagens, dobradiças e motores. Mas acontece que também é possível fazer pinças com folhas simples de material flexível com os vincos certos.

Nosso laboratório na Arizona State University projetou padrões de dobras curvas que podem alterar a rigidez e a flexibilidade. Materiais flexíveis moldados com esses padrões podem ser usados ​​para fazer garras robóticas simples e baratas, robôs de natação e outros dispositivos mecânicos.

As pessoas variam naturalmente a quantidade de rigidez necessária para manusear objetos frágeis e resistentes de forma adequada. Os robôs interagem com o ambiente da mesma maneira. A dobra curva é uma maneira simples de dar aos robôs a capacidade de variar a quantidade de rigidez que usam para interagir com diferentes objetos e ambientes.

A ideia da nossa equipe foi inspirada no origami, a arte de dobrar papel. O origami pode ser rígido ou flexível dependendo de seu padrão de dobra, mas é difícil dar ao origami uma variedade de rigidez.

Para superar esse problema, substituímos as linhas retas de dobra de origami, ou vincos, por vincos curvos. Ao usar várias linhas curvas entre dois pontos, em vez de apenas uma linha reta, uma estrutura de origami curva pode assumir várias formas. Descobrimos que cada forma tem sua rigidez única. Construir uma garra robótica, por exemplo, com base neste design permite que ela aplique diferentes quantidades de força aos objetos, dependendo de qual vinco curvo o robô usa.

Quatro pequenas folhas de plástico com dobras curvas formando diferentes
estruturas Exemplos de origami curvo com aplicações de robótica.
Zirui Zhai, Arizona State University , CC BY-NC-ND

Comparado com outros métodos de rigidez variável, este método é simples e compacto, o que significa que pode ser usado para fazer dispositivos pequenos e leves.

Por que isso importa

Alterar a rigidez é importante e onipresente por natureza, e é uma variável-chave na engenharia. Uma pinça robótica para serviço pesado precisa de alta rigidez ou baixa flexibilidade para levantar objetos pesados. Outras garras de robô precisam de baixa rigidez ou alta flexibilidade para proteger objetos frágeis.

Mudar entre um estado rígido e um estado flexível é crítico em robôs, mas os sistemas de rigidez ajustável de hoje são comumente volumosos e não podem ser usados ​​em micro-robôs ou robôs macios. Micro-robôs incluem robôs do tamanho de insetos sendo desenvolvidos para monitorar a infraestrutura e o meio ambiente. Os robôs macios em desenvolvimento são feitos de materiais infláveis ​​ou flexíveis, o que os torna mais seguros para uso ao lado de pessoas. Nossos designs de origami curvo têm uma estrutura mecânica simples, tornando-os fáceis de fabricar e controlar.

Que outra pesquisa está sendo feita

Estruturas mecânicas tradicionais também podem ser usadas para variar a rigidez: por exemplo, garras acionadas por pneumáticos variáveis ​​ou motores elétricos. Nosso trabalho é o primeiro a atingir uma faixa completa de controle de rigidez com uma estrutura simples.

A técnica de origami curvo se baseia em nosso trabalho anterior inspirado em origami, incluindo baterias de íon de lítio extensíveis baseadas em origami e estruturas inspiradas em origami que podem ser recolhidas e expandidas sob demanda .

Qual é o próximo

Estamos adicionando mais funções de controle remoto às estruturas curvas de origami para acionar a dobra. Estamos considerando vários métodos diferentes, como controle pneumático, magnético e eletrônico. Com o controle integrado, o origami curvo pode ser aplicado a campos além da robótica. Uma possibilidade são os dispositivos táteis que mudam sua rigidez para dar às pessoas um feedback de força realista em realidade virtual.

Uma série de seis fotos de um quadrado de plástico azul com dobras plissadas
flutuando na água. Um robô nadador pneumático feito de folhas de
plástico com dobras curvas. Zirui Zhai, Arizona
State University , CC BY-NC-ND

As opiniões expressas neste artigo são de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es), não refletindo necessariamente a posição institucional do maisconhecer.com


Hanqing Jiang
Professor de Engenharia Mecânica, Arizona State University

Zirui Zhai
Ph.D. estudante em Engenharia Mecânica, Arizona State University

 

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