Los actuadores blandos inflables que pueden cambiar de forma con un simple aumento de presión pueden ser componentes potentes, ligeros y flexibles para sistemas robóticos blandos. Pero hay un problema: estos actuadores siempre se deforman de la misma manera al ser presurizados.
Para mejorar la funcionalidad de los robots blandos, es importante habilitar modos de deformación adicionales y más complejos en los actuadores blandos.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) se han inspirado en el origami para crear estructuras inflables que pueden doblarse, torcerse y moverse de formas distintas y complejas desde una única fuente de presión.
La investigación fue publicada en Materiales Funcionales Avanzados.
La mayoría de los actuadores blandos inflables de hoy en día son monoestables, lo que significa que necesitan una entrada constante de presión para mantener su estado inflado. Pierde esa presión y la estructura se desinfla a su única forma estable.
«Si inflas una estructura monoestable, siempre obtienes la misma forma desplegada y vuelve a la misma forma inicial cuando liberas la presión», dijo David Melancon, exestudiante de posgrado en SEAS y coautor del artículo. «En este trabajo, usamos bloques de construcción de origami biestables para eludir esa limitación».
Los bloques de origami biestables son estables en dos configuraciones distintas y no requieren una presión constante para permanecer desplegados.
El equipo de investigación, dirigido por Katia Bertoldi, profesora de mecánica aplicada William y Ami Kuan Danoff en SEAS, utilizó un patrón de origami clásico conocido como motivo Kresling, que se caracteriza por alternar pliegues de montaña y valle en un cilindro para formar células triangulares.
Los investigadores primero crearon módulos monoestables simples a partir del patrón de Kresling. Para desbloquear la biestabilidad, agregaron un defecto en el motivo del origami: un nodo adicional que crea una cúpula de cuatro triángulos que puede entrar o salir si se aplica una cierta cantidad de presión negativa o positiva.
«La forma en que funciona es simple», dijo Antonio Elia Forte, ex becario postdoctoral en SEAS y coautor del artículo. «Primero inflamos la estructura a una presión específica para hacer estallar celdas específicas que permanecerán reventadas incluso cuando quitas la presión. Luego, en esta nueva configuración, debido a que rompemos la simetría, podemos simplemente usar un vacío para activar la flexión, la contracción o Luego, inflamos la estructura a una segunda presión para hacer estallar celdas adicionales que desbloquean deformaciones completamente diferentes cuando volvemos a aspirar».
Forte es actualmente profesor asistente en Kings College London.
«Al ensamblar diferentes módulos y ajustar su geometría para causar chasquidos a diferentes presiones, creamos estructuras capaces de formas complejas y modos de deformación que se pueden preprogramar y activar utilizando solo una fuente de presión», dijo Melancon, quien actualmente es investigador postdoctoral. asociado en la Universidad de Princeton.
Los investigadores construyeron un actuador con 12 módulos diferentes y demostraron que puede realizar hasta ocho movimientos complejos diferentes. El equipo también desarrolló un algoritmo que puede identificar la combinación óptima de módulos para los modos de deformación deseados.
Dado que la mecánica en juego en el sistema está impulsada por la geometría, el enfoque podría conducir a aplicaciones a través de escalas.
«Simplemente aumentando y disminuyendo la presión, nuestros actuadores inflables pueden realizar tareas complejas, sin necesidad de cables, motores o electricidad», dijo Bertoldi. «Esto es importante para muchas aplicaciones, incluidas las operaciones quirúrgicas o la exploración espacial».
La investigación fue coescrita por Leon M. Kamp y Benjamin Gorissen. Fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, bajo subvenciones DMR-2011754, DMR-1922321 y EFRI-1741685.
Video: https://youtu.be/chW-s38GNbc
