Les actionneurs souples gonflables qui peuvent changer de forme avec une straightforward augmentation de pression peuvent être des composants puissants, légers et flexibles pour les systèmes robotiques souples. Mais il y a un problème : ces actionneurs se déforment toujours de la même manière lors de la mise sous pression.
Pour améliorer la fonctionnalité des robots mous, il est critical de permettre des modes de déformation supplémentaires et moreover complexes dans les actionneurs mous.
Aujourd’hui, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Utilized Sciences (SEAS) se sont inspirés de l’origami pour créer des structures gonflables qui peuvent se plier, se tordre et se déplacer de manière complexe et distincte à partir d’une seule source de pression.
La recherche a été publiée dans Innovative Functional Supplies.
La plupart des actionneurs souples gonflables d’aujourd’hui sont monostables, ce qui signifie qu’ils ont besoin d’une pression constante pour maintenir leur état gonflé. Perdez cette pression et la structure se dégonfle jusqu’à sa seule forme steady.
“Si vous gonflez une structure monostable, elle vous donne toujours la même forme déployée et elle revient à la même forme initiale lorsque vous relâchez la pression”, a déclaré David Melancon, ancien étudiant diplômé de SEAS et co-leading auteur de l’article. “Dans ce travail, nous utilisons des blocs de design en origami bistables pour contourner cette limitation.”
Les blocs d’origami bistables sont stables dans deux configurations distinctes et ne nécessitent pas de pression constante pour rester déployés.
L’équipe de recherche, dirigée par Katia Bertoldi, professeur William et Ami Kuan Danoff de mécanique appliquée à SEAS, a utilisé un motif d’origami classique connu sous le nom de motif de Kresling, caractérisé par une alternance de plis de montagne et de vallée sur un cylindre pour previous des cellules triangulaires.
Les chercheurs ont d’abord créé des modules monostables simples à partir du modèle de Kresling. Pour déverrouiller la bistabilité, ils ont ajouté un défaut dans le motif origami : un nœud supplémentaire qui crée un dôme à quatre triangles qui peut entrer ou sortir si une certaine quantité de pression négative ou good est fournie.
“La façon dont cela fonctionne est simple”, a déclaré Antonio Elia Forte, ancien boursier postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de l’article. “Nous gonflons d’abord la structure à une pression spécifique pour faire éclater des cellules spécifiques qui resteront éclatées même lorsque vous supprimez la pression. Ensuite, dans cette nouvelle configuration, parce que nous brisons la symétrie, nous pouvons simplement utiliser un vide pour déclencher la flexion, la contraction ou Ensuite, nous gonflons la structure à une seconde pression pour faire éclater des cellules supplémentaires qui débloquent des déformations complètement différentes lorsque nous aspirons à nouveau.
Forte est actuellement professeur adjoint au Kings University de Londres.
“En assemblant différents modules et en ajustant leur géométrie pour provoquer un claquement à différentes pressions, nous créons des constructions capables de formes complexes et de modes de déformation qui peuvent être préprogrammés et activés à l’aide d’une seule supply de pression”, a déclaré Melancon, actuellement chercheur postdoctoral. associé à l’Université de Princeton.
Les chercheurs ont construit un actionneur avec 12 modules différents et ont montré qu’il pouvait effectuer jusqu’à huit mouvements complexes différents. L’équipe a également développé un algorithme capable d’identifier la combinaison optimale de modules pour les modes de déformation souhaités.
Étant donné que les mécanismes en jeu dans le système sont régis par la géométrie, l’approche pourrait conduire à des applications à différentes échelles.
“En augmentant et en diminuant simplement la pression, nos actionneurs gonflables peuvent effectuer des tâches complexes, sans câbles, moteurs ou électricité”, a déclaré Bertoldi. “C’est significant pour de nombreuses applications, y compris les opérations chirurgicales ou l’exploration spatiale.”
La recherche a été co-écrite par Leon M. Kamp et Benjamin Gorissen. Il a été soutenu par la Countrywide Science Basis, dans le cadre des subventions DMR-2011754, DMR-1922321 et EFRI-1741685.
Vidéo : https://youtu.be/chW-s38GNbc