チームは折り紙に基づいてモジュール式連続ロボットを作成します

2023 年 6 月 9 日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Tech Explore

近年、ロボット工学者は、さまざまな構造や設計に基づいて、ますます多くの自律システムを作成しています。 これらの中には、特定のタスクをより効果的に実行するために再構成できるさまざまな要素または「モジュール」で構成されるモジュール式ロボットがあります。

折り紙は、紙を折って 3D の装飾的な形状を作成するアジアの芸術であり、モジュール式ロボット構造を作成するための貴重なインスピレーションとなります。 これは、材料の 2D シートをさまざまな機械的特性を持つ精巧な 3D 構造に変えることができる、事前定義されたモデルとパターンを提供するためです。

広州大学、燕山大学、その他中国の大学の研究者らは最近、ミウラ折りとして知られる特定の折り紙の折り方に基づいた一連のチューブで構成される新しいモジュール式連続ロボットを作成した。 SSRN で公開されたプレプリント論文で紹介されたこのロボットは、特定のパターンに従って収縮したり曲がったりして、さまざまなタスクを完了できます。

「平らなシートを特定の折り目パターンで折り畳むと、三次元の折り紙チューブが形成される可能性があります。これは、独特の機械的特性を示し、幅広い工学用途があることが証明されています」と Junfeng He 氏、Guilin Wen 氏らは Tech Xplore に語った。 「この研究では、三浦由来の折り紙チューブを設計し、その正確な円形の閉じ状態と機械的特性を分析し、折り紙チューブがプログラム可能な剛性特性を持っていることを明らかにしました。」

ミウラ折りは、平らな面をより小さな面積の構造に折り畳む折り紙のパターンです。 この折り目は、折り畳まれた状態で打ち上げられ、その後宇宙に広げることができる衛星用の大型ソーラーパネルなど、この形状の変化から恩恵を受ける可能性のあるさまざまな技術を生み出すために使用されています。

研究の一環として、ヘ氏、ウェン氏らはこの折り目を利用してフレキシブルチューブを作成し、それがロボットの基礎となった。 これらのチューブは、医療機器、パイプ、ケーブルの絶縁体の製造に使用されることがある堅牢な素材であるポリ塩化ビニル (PVC) のシートをベースにしています。

この材料には、柔軟性や曲げたり圧縮したときの高い耐性など、いくつかの有利な特性があります。 その結果、モジュール式ロボットのバックボーンとして機能するチューブは柔軟性があり、破損することなく曲げ、圧縮、ねじりを行うことができます。

設計の実行可能性とそのベースとなる折り紙構造の堅牢性を評価するために、研究者らは 3 つのフレキシブル チューブ モジュールで構成されるプロトタイプ ロボットを作成しました。 このロボットは、折り畳んでサイズを小さくしたり、横に曲げたりすることができます。

「3本の別々の鋼線が各モジュールを駆動して、独立した収縮や曲げの動きを実現します」とHe氏、Wen氏らは論文で説明している。 「ベースに鋼線駆動モーターを統合して取り付けることで、ロボットに軽量で相互接続された内部空間、高い拡張性、および（柔軟な）バックボーンが与えられます。」

彼とウェン氏、そして彼らの同僚は一連の実験でプロトタイプを評価し、それが 2 つの異なるタスクを正常に完了できることを発見しました。 1 つ目は、狭いスペースでベースにドッキングすることで構成され、2 つ目は、構造の上部に磁気グリッパーを取り付ける必要があり、物体を保持したり持ち上げたりする必要があります。

将来的には、この新しいモジュール式の折り紙ベースの設計を使用して、現実世界のさまざまな問題に効果的に取り組むことができる他のロボットの作成に使用できる可能性があります。 さらに、このチームの研究は、他のロボット システムのバックボーンとして機能する折り紙ベースの柔軟な構造物の作成にインスピレーションを与える可能性があります。

詳しくは： Junfeng He 他、Miura-Derived Origami Tubes によって構築されたモジュール式連続ロボット、SSRN (2023)。 DOI: 10.2139/ssrn.4455959

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