Robotarkitektur inspireret af pelikanål:Origami-udfoldning og hudstrækningsmekanismer

Kunstig intelligens og robotteknologi er ofte inspireret af mønstre, der forekommer i naturen, både hos mennesker og dyr. Bevægelsesmønstre observeret hos dyr er blevet replikeret i robotter via en række formændrende mekanismer såsom kemisk hævelse, hududstrækning eller origami-morphing.

Forskere ved Seoul National Universitys Soft Robotics Research Center i Sydkorea og Rebikoff-Niggeler Foundation (FRN) i Portugal har for nylig udviklet en robotarkitektur, der er strukturelt inspireret af pelikanålen, en fiskeart, der lever i dybhavet. Deres arkitektur, præsenteret i et papir udgivet i Videnskab robotik , er blandt det seneste af en serie af designs inspireret af dyr eller naturligt forekommende fænomener.

"I løbet af de sidste par år, vi har arbejdet på flere bio-inspirerede robotter, inklusiv den vand-strider-inspirerede vandspringrobot udgivet i Videnskab , samt origami-inspirerede transformerbare robotter og bløde robotter, " Prof. Kyujin Cho, tilsvarende forfatter og hovedforsker for undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Vores forskning i strækbar origami kan betragtes som en integration af vores tidligere værker."

Mens man studerer, hvordan pelikanålfisken puster sin mund op, Cho og hans kolleger antog, at denne adfærd kunne kopieres i robotter ved hjælp af en kombination af origami-udfoldning og bløde hudstrækningsteknikker. Dette inspirerede dem til at designe origami-baserede arkitekturer lavet af strækbare og bløde materialer, som muliggør væsentlige ændringer i en robots form.

Indtil nu, de fleste forskerhold har udviklet robotter, der bruger enten bløde materialer eller origami-baserede designs. Den vigtigste forskel mellem bløde robotter og origami-baserede arkitekturer er, at mens førstnævnte ændrer form ved at strække deres hud, sidstnævnte gør det ved at folde deres folder ud, ligesom i den japanske origamikunst.

Når man prøver at spise bytte, pelikanålen udfører en unik bevægelse, hvilket involverer både at folde dens folder ud og puste dens mund op. I deres undersøgelse, Cho og hans kolleger satte sig for at replikere denne adfærd i en robotarkitektur ved at kombinere origami-inspirerede teknikker med brug af bløde materialer.

"Vores strækbare origami er udelukkende lavet af strækbare materialer, så det legemliggør både morphing-tilstande, der udfolder sig og strækker sig, "Wongbae Kim, den første forfatter til undersøgelsen og hoveddesigneren af ​​robotarkitekturen, forklaret. "Sammenlignet med andre bio-inspirerede arkitekturer, der reproducerede monolitiske formændrende mekanismer, Dual-morphing-princippet muliggør ekstrem formmorphing med to forskellige funktionelle bevægelser. "

I arkitekturen foreslået af Kim og hans kolleger, den bløde kunstige huds væskebaner er omsluttet og styret af et sæt strækbare origami-enheder, som efterligner den mekanisme, der tillader pelikanålen at puste sin mund op. Væsketrykket peger i den retning, som robottens krop først udfolder sig i, hvilket resulterer i en bevægelse, der ligner pelikanålens.

Forskerne var i stand til at udvikle en grundlæggende dual-morphing-enhed fra det pelikan-inspirerede robotdesign, som kan bruges som en grundlæggende enhed til forskellige former for origami designs. De fandt ud af, at de resulterende robotter kunne udføre en række forskellige adfærdsmønstre, inklusive greb, kravling og undervandsbevægelse.

"Vores undersøgelse tilbyder en ny designstrategi for bløde robotter, der i starten skal være kompakte og flade, men det kan implementeres til at udføre opgaven og derefter foldes igen autonomt, " sagde Cho. "Vi tror, ​​at bløde robotter vil blive udviklet i en kompakt og bærbar form i fremtiden, så folk nemt kan bruge dem i deres daglige liv."

I fremtiden, det unikke origami og strækbare hud-baserede design foreslået af Kim og hans kolleger kunne bruges til at udvikle en række nye form-morphing robotsystemer. Forskerne planlægger nu at bygge videre på deres design, for eksempel, at undersøge, hvordan strækbare sensorer kan integreres med origami-baserede arkitekturer.

"Der er stadig mange ting, der skal gøres, " sagde Kim. "Lige nu, princippet, vi introducerede, kan anvendes på forskellige origami-strukturer for at skabe nye bevægelser såsom implementerings-kombineret vridning. Til rigtige robotapplikationer, strækbare origamistrukturer bør optimeres for at være stærkere og mere pålidelige. Endelig, vi vil gerne bruge vores design til at udvikle nye bløde robotsystemer, såsom en deployerbar blød robotarm."

© 2020 Science X Network