Um módulo universalmente deformável inspirado em origami para aplicações robóticas

Robôs modulares – sistemas robóticos que podem adaptar a configuração do corpo para mudar o estilo de locomoção ou se mover em diferentes terrenos – podem ser altamente vantajosos para enfrentar missões em diversos ambientes. Ao longo da última década, os engenheiros desenvolveram uma ampla gama de robôs modulares que dependem de diferentes designs e mecanismos subjacentes.

Uma equipe de pesquisa da Universidade Westlake e da Universidade de Zhejiang, na China, apresentou recentemente um novo design de robô modular inspirado na arte de dobrar papel do origami, especificamente por uma dobra de origami conhecida como padrão Kresling. Seu design, apresentado em um artigo em Comunicações da Naturezaconta com módulos recém-introduzidos e universalmente deformáveis ​​que podem ser reorganizados para criar diferentes formas e configurações.

“Tem havido alguns esforços para usar o padrão Kresling para desenvolver braços robóticos multimodo”, disse Hanquing Jiang, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Tech Xplore. “No entanto, os métodos existentes são puramente baseados no próprio padrão de Kresling; portanto, os modos de deformação são limitados pelo modo acoplado de torção e contração. O objetivo principal é modificar o padrão de Kresling clássico e gerar novos modos de deformação.”

No contexto do origami, o padrão Kresling consiste na alternância de dobras de montanha (isto é, salientes) e de vale (isto é, afundadas) em ângulos ao longo de direções opostas de torção. Esse padrão pode ser usado para criar formas complexas que lembram padrões observados na natureza, como aqueles nas asas do falcão ou as geometrias espirais nas pinhas.

Como parte de seu estudo, Jiang e seus colegas tentaram usar esse padrão de origami específico para criar uma unidade modular deformável que pudesse ser adaptada para criar diferentes formas. O módulo que eles criam é acionado por pneumática, sistemas que dependem de gás ou ar pressurizado para produzir diversos movimentos.

“A unidade consiste em um padrão Kresling de dois níveis com direções de torção opostas em cada nível”, explicou Jiang. “Mais importante ainda, em cada nível, existem duas bolsas laterais em lados opostos. Assim, dependendo de como as bolsas laterais são pressurizadas, quando a câmara principal é aspirada, podemos alcançar diferentes modos de deformação.”

O novo módulo apresentado pelos pesquisadores pode alterar seu formato com base na pressão aplicada sobre ele, produzindo todos os tipos de formatos que atendem às necessidades de cenários de aplicação específicos. No total, ele pode produzir sete modos de movimento diferentes em robôs com um único módulo de origami, incluindo três movimentos básicos e quatro recombinações desses movimentos básicos.

“Nossa unidade de dois níveis é um módulo de deformação universal que pode atingir todos os modos de deformação possíveis, dependendo dos esquemas específicos de pressurização empregados”, disse Jiang. “O módulo é como os nossos braços, que podem fazer todos os modos de deformação (contração/extensão, torção, flexão), dependendo de como os nervos controlam os músculos. Os esquemas de pressurização da unidade são como os nossos nervos e o módulo universal assume o papel de nosso braço. Este braço robótico baseado em origami funcionaria como o braço robótico rígido que tem seis graus de liberdade.”

Os pesquisadores avaliaram seu módulo deformável inspirado em origami em uma série de simulações e experimentos do mundo real. Os resultados obtidos foram altamente promissores, destacando o seu potencial para o desenvolvimento de robôs modulares que podem se adaptar ao ambiente circundante e mover-se de diferentes maneiras.

Notavelmente, o módulo também pode ser remontado enquanto um robô está em operação, tornando-o ideal para missões complexas do mundo real que exigem adaptações rápidas às mudanças ambientais. No futuro, este trabalho poderá abrir caminho para robôs soft mais sofisticados e mais responsivos ao ambiente.

“Em meus próximos trabalhos, pretendo utilizar essa estrutura para aplicações mais práticas, como agarrar objetos de tamanho considerável”, acrescentou Jiang.

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