Una estructura robótica basada en origami inspirada en alas de mariquita

 

Una estructura robótica basada en origami inspirada en alas de mariquita
Crédito: Baek et al.

Los investigadores de la Universidad Nacional de Seúl han desarrollado recientemente una estructura de origami compacta y ligera inspirada en los escarabajos mariquita. En un artículo publicado en Ciencia Robótica Muestran cómo se puede utilizar esta estructura para construir un robot de ala delta. Jump-gliding es un estilo de locomoción específico que combina movimientos de deslizamiento y salto.

«Nuestro objetivo era desarrollar un ala para un robot de deslizamiento en salto», dijo a TechXplore Kyu-Jin Cho, director del centro de investigación de robots blandos e investigador principal del estudio. «La locomoción de deslizamiento puede aumentar la eficiencia energética y la distancia de desplazamiento del robot. Para hacer esto, las alas deben ser plegables, rápidamente desplegables y resistentes bajo fuerzas aerodinámicas».

En estudios anteriores, la mayoría de los investigadores que desarrollaron robots de deslizamiento de salto adoptaron estrategias de diseño que implican la adición de enlaces, resortes y actuadores a las alas de los robots. Sin embargo, estas técnicas tienden a hacer que los robots sean particularmente pesados ​​y voluminosos, lo que dificulta su rendimiento general de locomoción.

Cho y sus colegas se propusieron desarrollar una estrategia de diseño para robots de salto que se inspirara en la naturaleza, más específicamente en los escarabajos mariquita. Las mariquitas pueden desplegar rápidamente sus alas intrincadamente dobladas en 0.1 segundos; un tiempo más corto que un abrir y cerrar de ojos.

Además, se sabe que las alas de una mariquita son muy resistentes y resistentes, lo que evita que se doblen o se doblen cuando se agitan a alta frecuencia. Cho y sus colegas querían crear una estructura artificial con cualidades similares a las de las alas de mariquita, que podría desplegarse como un ala de forma rápida y eficiente.

«Desarrollamos una nueva estructura de origami que es rápidamente autodesplegable y resistente bajo grandes fuerzas», explicó Sang-Min Baek, el primer autor del estudio. «Luego aplicamos esta nueva estructura de origami al marco del ala del módulo de ala desplegable. Con base en este módulo de ala desplegable, pudimos construir un robot de deslizamiento con un ala liviana, plegable pero resistente».

La razón por la que las alas de mariquita son fáciles de desplegar y resistentes es que están construidas alrededor de una veta de cinta con forma única de resorte. Cuando un escarabajo de mariquita dobla sus alas, esta vena con forma de resorte se deforma y permite que la energía elástica se almacene en su interior. Esta energía almacenada es lo que finalmente permite que las alas se puedan desplegar rápida y fácilmente.

Una estructura robótica basada en origami inspirada en alas de mariquita
Crédito: Baek et al.

«Debido a la curvatura en sección transversal de la vena con forma de resorte de cinta, las alas también son resistentes bajo grandes fuerzas aerodinámicas, al igual que una cinta métrica mantiene su forma enderezada», explicó Baek. «Aplicamos su geometría y conformidad a las facetas de la estructura de origami. Por lo tanto, la estructura de origami adquiere capacidad de almacenamiento de energía y autobloqueo sin ningún componente adicional».

Tradicionalmente, las estructuras de origami se componen de facetas planas y rígidas, con líneas de plegado altamente flexibles. Sin embargo, en aplicaciones de robótica, estas estructuras convencionales tienden a presentar limitaciones en términos de almacenamiento de energía y capacidades de bloqueo. Cho y sus colegas decidieron emplear un enfoque de origami diferente que implica la integración de geometrías curvas en facetas, tratando esencialmente cada faceta como un elemento deformable.

Una estructura robótica basada en origami inspirada en alas de mariquita
Crédito: Baek et al.

«Usando este enfoque, la estructura de origami adquiere capacidades de almacenamiento y bloqueo de energía sin ningún componente adicional», dijo Cho. «Además, este método de diseño de origami se puede aplicar fácilmente al proceso convencional de fabricación de estructuras de origami. Por lo tanto, nuestro método de diseño de origami, que llamamos origami compatible, se puede aplicar fácilmente a una amplia variedad de sistemas desplegables».

Hasta ahora, Cho y sus colegas aplicaron y probaron su estructura basada en origami en un solo robot de salto, pero en el futuro, podría usarse para crear varios otros robots. Además, su estudio se centró más en la estructura de origami en sí que en el robot resultante. En sus próximos estudios, los investigadores planean investigar el rendimiento y las capacidades del robot de deslizamiento que construyeron utilizando su estructura de origami.

Una estructura robótica basada en origami inspirada en alas de mariquita
Crédito: Baek et al.

«El robot multimodal que desarrollamos puede superar varios terrenos difíciles combinando capacidades como saltar, gatear, deslizarse, aletear y posarse», dijo Cho. «La naturaleza usa combinaciones de funcionalidades para producir estos movimientos, pero los robots actuales se centran en una sola funcionalidad. Al desarrollar nuevos componentes que sean adecuados para combinar múltiples funcionalidades, los futuros robots podrían tener capacidades multimodales sin la necesidad de aumentar la complejidad o el peso de un robot «.


Más información:
Sang-Min Baek y col. Origami compatible con el escarabajo mariquita, Ciencia Robótica (2020).

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