Origami-robot beweegt in meerdere richtingen met één actuator (video)

Met behulp van origami hebben wetenschappers van de TU Delft en Harvard University een robotmechanisme ontworpen dat zich met slechts één actuator in meerdere richtingen kan voortbewegen. Dit kan bijdragen aan de ontwikkeling van lichte, goedkope en aanpasbare robotsystemen met minder elektronica.

De minimalistische aanpak werd onlangs gepubliceerd in Advanced Materials.

“Origami wordt traditioneel gezien als een kunstvorm, maar het heeft inmiddels ook een plek veroverd in de wereld van techniek,” zegt Davood Farhadi, universitair docent aan de TU Delft. “Het is een opkomend vakgebied dat compleet nieuwe mogelijkheden biedt voor het ontwerpen van robotsystemen.” Op Engineersonline publiceerden wij bijvoorbeeld al meerdere artikelen over dit onderwerp.

Eén actuator, twee richtingen

In de conventionele robotica zijn meestal meerdere actuatoren nodig om beweging in verschillende richtingen mogelijk te maken. Farhadi: “Ons systeem doorbreekt deze aanname door zowel voorwaartse als draaiende bewegingen mogelijk te maken met slechts één actuator.”

Het team onderzocht hoe veranderingen in geometrie invloed hebben op het eenvoudigste origamipatroon: een enkel vel met vier vouwlijnen. Ze ontwikkelden algoritmes om het bewegingsgedrag van rechthoekige vellen met deze vouwen te simuleren. Door miljoenen ontwerpen te analyseren, ontdekte Farhadi dat ongeveer 10% daadwerkelijk kon bewegen.

Verrassend genoeg bleek een kleiner deel daarvan zelfs in meerdere richtingen te kunnen bewegen. Door specifieke vouwpatronen zorgvuldig te kiezen, ontstond complexe voortbeweging, waarbij één actuator het vel in meerdere richtingen kon sturen.

Origami in de ruimte

Origami heeft veel praktische voordelen: je verspilt nauwelijks materiaal, je hoeft niets weg te snijden, en je kunt dunne, hoogwaardige vellen gebruiken. “Het is goedkoop en schaalbaar,” zegt Farhadi. Robots geïnspireerd op origami kunnen daardoor veel efficiënter zijn. “In plaats van één logge Marsrover te sturen om bijvoorbeeld de oppervlaktetemperatuur te meten, kun je een stapel origamirobots meesturen die zich uitvouwen en een veel groter gebied verkennen,” stelt Farhadi zich voor.

Zwemmen en springen

Hij hoopt dat de eenvoud van het ontwerp studenten, onderzoekers en docenten inspireert om zelf met origamirobots aan de slag te gaan. “We hebben het klassiek gehouden, maar door de geometrie aan te passen—zoals afgeronde hoeken of gebogen vouwen—kun je nog meer soorten beweging mogelijk maken, zoals rollen, zwemmen of springen.”