Equipe cria robô contínuo modular baseado em tubos dobrados em origami

Nos últimos anos, os roboticistas criaram um número crescente de sistemas autônomos baseados em diferentes estruturas e designs. Entre eles estão os robôs modulares, que são compostos por diferentes elementos ou “módulos” que podem ser reconfigurados para realizar tarefas específicas com mais eficiência.

Origami, a arte asiática de dobrar papel para criar formas decorativas em 3D, pode ser uma inspiração valiosa para a criação de estruturas robóticas modulares. Isso ocorre porque oferece modelos e padrões predefinidos por meio dos quais folhas de materiais 2D podem ser transformadas em estruturas 3D elaboradas com diferentes propriedades mecânicas.

Pesquisadores da Universidade de Guangzhou, da Universidade de Yanshan e de outras universidades na China criaram recentemente um novo robô modular contínuo construído com uma série de tubos baseados em uma dobra de origami específica, conhecida como dobra de Miura. Este robô, apresentado em um artigo pré-impresso publicado na SSRNpode se contrair e dobrar seguindo padrões específicos para concluir diferentes tarefas.

“Dobrar uma folha plana sob um padrão de vinco específico pode formar um tubo de origami tridimensional, que provou exibir propriedades mecânicas únicas e tem amplas aplicações de engenharia”, disseram Junfeng He, Guilin Wen e seus colegas ao Tech Xplore. “Neste estudo, um tubo de origami derivado de Miura é projetado e sua condição precisa de fechamento circular e propriedades mecânicas são analisadas, revelando que o tubo de origami tem características de rigidez programáveis”.

A dobra Miura é um padrão de origami que resulta na dobra de uma superfície plana em uma estrutura com uma área menor. Essa dobra tem sido usada para criar diferentes tecnologias que podem se beneficiar dessa mudança de forma, incluindo grandes painéis solares para satélites, que podem ser lançados dobrados sobre si mesmos e depois espalhados no espaço.

Como parte de seu estudo, He, Wen e seus colegas usaram essa dobra para criar tubos flexíveis, que serviram de base para seu robô. Esses tubos são baseados em uma folha de cloreto de polivinila (PVC), um material robusto às vezes usado para criar dispositivos médicos, tubos e isolamentos para cabos.

Este material possui várias características vantajosas, incluindo flexibilidade e alta resistência quando dobrado ou comprimido. Como resultado, os tubos que servem como a espinha dorsal do robô modular são flexíveis e podem ser dobrados, comprimidos e torcidos sem quebrar.

Para avaliar a viabilidade de seu projeto e a robustez das estruturas de origami em que se baseia, os pesquisadores criaram um protótipo de robô feito de três módulos de tubos flexíveis. Este robô pode dobrar sobre si mesmo para reduzir seu tamanho e dobrar para o lado.

“Três fios de aço separados acionam cada módulo para obter contração independente ou movimento de flexão”, explicaram He, Wen e seus colegas em seu artigo. “A instalação unificada de motores acionados por fio de aço na base confere ao robô um espaço interno leve e interconectado, alta escalabilidade e [a flexible] espinha dorsal.”

Ele, Wen e seus colegas avaliaram seu protótipo em uma série de experimentos e descobriram que ele poderia completar com sucesso duas tarefas diferentes. A primeira consiste em acoplar em sua base quando em um espaço estreito, e a segunda, exigindo a instalação de uma pinça magnética no topo de sua estrutura, consiste em segurar e levantar objetos.

No futuro, esse novo design modular baseado em origami pode ser usado para criar outros robôs que possam efetivamente lidar com diferentes problemas do mundo real. Além disso, o trabalho desta equipe poderia inspirar a criação de outras estruturas flexíveis baseadas em origami que poderiam servir como a espinha dorsal de outros sistemas robóticos.

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