La construccion de pinzas roboticas que puedan sujetar con firmeza objetos pesados ​​y que tambien sujeten delicadamente objetos delicados suele requerir conjuntos complicados de engranajes, bisagras y motores. Pero resulta que tambien es posible hacer pinzas con laminas simples de material flexible con los pliegues correctos.

Nuestro laboratorio en la Universidad Estatal de Arizona ha disenado patrones de pliegues curvos que pueden cambiar la rigidez y la flexibilidad. Los materiales flexibles moldeados con estos patrones se pueden usar para fabricar pinzas roboticas, robots nadadores y otros dispositivos mecanicos simples y economicos.

Las personas, naturalmente, varian la cantidad de rigidez necesaria para manipular adecuadamente objetos fragiles y resistentes. Los robots interactuan con el entorno de la misma manera. El plegado curvo es una forma sencilla de dar a los robots la capacidad de variar la cantidad de rigidez que utilizan para interactuar con diferentes objetos y entornos.

La idea de nuestro equipo se inspiro en el origami, el arte de doblar papel. El origami puede ser rigido o flexible dependiendo de su patron de plegado, pero es dificil darle al origami un rango de rigidez.

Para superar este problema, reemplazamos las lineas rectas de plegado de origami, o pliegues, con pliegues curvos. Al usar multiples lineas curvas entre dos puntos en lugar de solo una linea recta, una estructura de origami curva puede adoptar multiples formas. Descubrimos que cada forma tiene su propia rigidez unica. La construccion de una pinza robotica, por ejemplo, basada en este diseno le permite aplicar diferentes cantidades de fuerza a los objetos segun el pliegue curvo que utilice el robot.

Comparado con otros metodos para rigidez variable, este metodo es simple y compacto, lo que significa que puede usarse para fabricar dispositivos pequenos y livianos.

Por que importa

Cambiar la rigidez es importante y de naturaleza omnipresente, y es una variable clave en la ingenieria. Una pinza robotica de servicio pesado necesita mucha rigidez o poca flexibilidad para levantar objetos pesados. Otras pinzas roboticas necesitan poca rigidez o alta flexibilidad para proteger objetos fragiles.

Cambiar entre un estado rigido y un estado flexible es fundamental en los robots, pero los sistemas de rigidez ajustable de hoy en dia suelen ser voluminosos y no se pueden usar en microrobots o robots blandos. Los micro-robots incluyen robots del tamano de un insecto que se estan desarrollando para monitorear la infraestructura y el medio ambiente. Los robots blandos en desarrollo estan hechos de materiales inflables o flexibles, lo que los hace mas seguros para usar con personas. Nuestros disenos de origami curvo tienen una estructura mecanica simple, lo que los hace faciles de fabricar y controlar.

Los autores demuestran los pliegues curvos, la rigidez variable y como se pueden usar los pliegues curvos para fabricar robots.

¿Que otras investigaciones se estan haciendo?

Las estructuras mecanicas tradicionales tambien se pueden utilizar para variar la rigidez: por ejemplo, pinzas accionadas por motores neumaticos o electricos variables. Nuestro trabajo es el primero en lograr una gama completa de control de rigidez con una estructura simple.

La tecnica del origami curvo se basa en nuestro trabajo anterior inspirado en el origami, que incluye baterias de iones de litio estirables basadas en el origami y estructuras inspiradas en el origami que se pueden colapsar y expandir a pedido.

Que sigue

Estamos agregando mas funciones de control remoto a las estructuras de origami curvas para activar el plegado. Estamos considerando varios metodos diferentes, como el control neumatico, magnetico y electronico. Con el control integrado, el origami curvo se puede aplicar a campos mas alla de la robotica. Una posibilidad son los dispositivos hapticos que cambian su rigidez para brindar a las personas una retroalimentacion de fuerza realista en la realidad virtual.