Origami für Anwendungen
"Durch das Falten eines flachen Blattes nach einem bestimmten Muster kann eine dreidimensionale Origami-Röhre geformt werden, die nachweislich einzigartige mechanische Eigenschaften aufweist und vielfältige technische Anwendungen beherrscht", so Junfeng He, Guilin Wen und ihre Kollegen. Für ihre dazugehörige Studie haben sie ein von Miura abgeleitetes Origami-Rohr entworfen und seine präzise kreisförmige Schließbedingung sowie seine mechanischen Eigenschaften analysiert. Dabei stellte sich heraus, dass das Origami-Rohr programmierbare Steifigkeiten aufweist.
Die Miura-Faltung ist ein Origami-Muster, bei dem eine ebene Fläche in eine Struktur mit kleinerer Fläche gefaltet wird. Diese Faltung wurde für die Entwicklung verschiedener Technologien verwendet, die von dieser Formveränderung profitieren können. Dazu zählen große Solarpaneele für Satelliten, die in sich gefaltet gestartet und im Weltraum ausgebreitet werden können. Das Team nutzt diese Faltung, um flexible Röhren herzustellen, die als Basis für den Roboter dienen. Diese Schläuche basieren auf einer Folie aus Polyvinylchlorid (PVC). Das obuste Material wird oft zur Herstellung von medizinischen Geräten, Rohren und Isolierungen für Kabel verwendet.
Das Material ist flexibel und sehr widerstandsfähig beim Biegen oder Stauchen. Daher können die Rohre, die als Rückgrat des modularen Roboters fungieren, gebogen, gestaucht und verdreht werden, ohne zu brechen. Um die Realisierbarkeit ihres Entwurfs und die Robustheit der zugrunde liegenden Origami-Strukturen zu prüfen, haben die Wissenschaftler einen Prototyp-Roboter aus drei flexiblen Rohrmodulen gebaut. Er kann sich zur Seite biegen und sich zusammenfalten, um seine Größe zu verringern.
Flexibles Rückgrat kreiert
"Drei separate Stahldrähte treiben jedes Modul an, um eine unabhängige Kontraktions- oder Biegebewegung zu erreichen. Die einheitliche Installation von stahldrahtbetriebenen Motoren auf der Basis verleiht dem Roboter ein leichtes, vernetztes Innenleben, hohe Skalierbarkeit und ein flexibles Rückgrat", erklären die Forscher in ihrer Studie. In Experimenten haben die Experten festgestellt, dass er zwei Aufgaben erfolgreich bewältigen kann: zum einen auf engem Raum an seine Basis andocken, zum zweiten Gegenstände heben und halten. Letzteres erfordert den Einbau eines magnetischen Greifers an der Spitze seiner Struktur.
Künftig könnte dieses neue modulare, auf Origami basierende Design dafür genutzt werden, andere Roboter zu entwickeln, die verschiedene reale Probleme effektiv lösen können. Außerdem kann die diese Entwicklung weitere Innovationen flexibler Strukturen auf Origamibasis nach sich ziehen, die die als Rückgrat anderer Robotersysteme dienen könnten. (pte)