یک ماژول قابل تغییر شکل با الهام از اوریگامی برای کاربردهای روباتیک

12 آگوست 2023 -توسط Ingrid Fadelli، اعتبار: چائو ژانگ

ربات‌های مدولار – سیستم‌های رباتیکی که می‌توانند پیکربندی بدن خود را برای تغییر سبک حرکت در زمین‌های مختلف تطبیق دهند – می‌توانند برای مقابله با ماموریت‌ها در محیط‌های مختلف بسیار سودمند باشند. در حدود یک دهه گذشته، مهندسان طیف وسیعی از ربات‌های مدولار را توسعه داده‌اند که بر طراحی‌ها و مکانیسم‌های زیربنایی مختلف تکیه دارند.

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه Westlake و دانشگاه ژجیانگ در چین اخیراً یک طرح ربات مدولار جدید با الهام از هنر تا کردن کاغذ اوریگامی، به‌ویژه از یک چین اوریگامی معروف به الگوی کرسلینگ، معرفی کردند. طراحی آنها، که در مقاله ای در Nature Communications معرفی شده است، بر ماژول های تازه معرفی شده و قابل تغییر شکل جامعی تکیه دارد که می توانند برای ایجاد اشکال و پیکربندی های مختلف مرتب شوند.

هانکوینگ جیانگ، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داده است، به Tech Xplore گفت: «تلاش‌هایی برای استفاده از الگوی کرسلینگ برای توسعه بازوهای روباتیک چند حالته صورت گرفته است. با این حال، روش‌های موجود صرفاً مبتنی بر خود الگوی کرسلینگ هستند؛ بنابراین، حالت‌های تغییر شکل توسط حالت پیچش و انقباض همراه محدود می‌شوند. هدف اصلی اصلاح الگوی کرسلینگ کلاسیک و ایجاد حالت‌های تغییر شکل جدید است.

در زمینه اوریگامی، الگوی کرسلینگ شامل چین‌های متناوب کوهستانی (یعنی برآمده) و دره‌ای (یعنی فرورفته) است که در امتداد جهت‌های چرخشی مخالف زاویه دارند. از این الگو می توان برای ایجاد اشکال پیچیده ای استفاده کرد که شبیه الگوهای مشاهده شده در طبیعت هستند، مانند آنهایی که روی بال های شاهین یا هندسه های مارپیچی روی درخت کاج قرار دارند.

به عنوان بخشی از مطالعه خود، جیانگ و همکارانش سعی کردند از این الگوی اوریگامی خاص برای ایجاد یک واحد تغییر شکل مدولار استفاده کنند که می تواند برای ایجاد اشکال مختلف سازگار شود. ماژول ایجاد شده توسط سیستم پنوماتیک هدایت می شود، سیستم هایی که برای تولید حرکات مختلف به گاز یا هوای تحت فشار متکی هستند.

جیانگ توضیح داد: «این واحد از یک الگوی کرسلینگ دو سطحی با جهت‌های چرخشی مخالف در هر سطح تشکیل شده است. مهم‌تر از آن، در هر سطح، دو کیسه جانبی در طرف‌های مقابل وجود دارد. بنابراین، بسته به اینکه کیسه‌های جانبی چگونه تحت فشار قرار می‌گیرند، زمانی که محفظه اصلی جارو می‌شود، می‌توان به حالت‌های تغییر شکل متفاوت دست یافت.

ماژول جدید معرفی شده توسط محققان می تواند شکل خود را بر اساس فشار وارد شده به آن تغییر دهد و انواع اشکالی را تولید کند که نیازهای سناریوهای کاربردی خاص را برآورده می کند. در مجموع می‌تواند هفت حالت حرکتی مختلف را در ربات‌ها با یک ماژول اوریگامی تولید کند که شامل سه حرکت اصلی و چهار ترکیب مجدد از این حرکات پایه است.

جیانگ گفت: «واحد دو سطحی ما یک ماژول تغییر شکل جامع است که می‌تواند به تمام حالت‌های تغییر شکل ممکن بسته به طرح‌های فشار خاص بکار گرفته شده دست یابد. ماژول مانند بازوهای ما است که می‌تواند همه حالت‌های تغییر شکل (انقباض / امتداد، پیچش، خم شدن) را انجام دهد، بسته به اینکه چگونه اعصاب ماهیچه‌ها را کنترل می‌کنند. طرح‌های فشار واحد مانند اعصاب ما هستند و ماژول  نقش این بازوی رباتیک مبتنی بر اوریگامی به عنوان بازوی روباتیک سفت و سختی عمل می کند که شش درجه آزادی دارد.”

محققان ماژول تغییر شکل پذیر الهام گرفته از اوریگامی خود را در مجموعه ای از شبیه سازی ها و آزمایش های دنیای واقعی ارزیابی کردند. نتایجی که آنها جمع آوری کردند بسیار امیدوارکننده بود و پتانسیل آن را برای توسعه ربات های مدولار که می توانند با محیط اطراف خود سازگار شوند و به روش های مختلف حرکت کنند برجسته می کند.

قابل توجه است که این ماژول همچنین می تواند در حین کار کردن یک ربات دوباره سرهم شود و آن را برای ماموریت های پیچیده دنیای واقعی که نیاز به سازگاری سریع با تغییرات محیطی دارند، ایده آل می کند. بنابراین در آینده، این کار می‌تواند راه را برای روبات‌های نرم پیچیده‌تر هموار کند که نسبت به محیط اطراف خود واکنش بیشتری نشان می‌دهند.

جیانگ افزود: “در کارهای بعدی خود، قصد دارم از این ساختار برای کاربردهای عملی تر، مانند گرفتن اشیاء بزرگ استفاده کنم.”