柔软,灵活的折纸机器人

Case Western Reserve大学的研究人员将她小时候享受的折纸变成了正在申请专利的软机器人,可能有一天会在装配线,外科手术甚至外太空中使用。

机械和航空航天工程的诺德杰出助理教授Kiju Lee和她的实验室已经从纸机器人转向弯曲,收缩,伸展和扭曲的3D打印模型。这种新颖的机制叫做TWISTER(TWISted TowEr Robot)。

TWISTER的灵感来自日本艺术家Mihoko Tachibana设计的折纸扭曲,它使用多个折纸段形成塔结构。然后,这种折纸设计被重新设计用于机器人和制造中的各种潜在应用。

在她早期使用纸张折叠结构的作品中,Lee的团队在较大的塔的一端添加了三个小型塔,并操纵它们像三个相对的手指一样抓住。在拾取和移动鸡蛋和成熟水果的同时,李的团队发现,当施加过大的力时,手指通过分配和变形来吸收额外的力。

研究人员表示,这种质量证明了该设计在不需要基于力的传感和与人类交互的情况下操纵各种脆弱物体的潜力,而没有安全问题。

最近,Lee成功地将TWISTER设计转换为3D打印模型。这项工作使得能够通过3D打印制作复杂的折纸设计。

“这种机器人的可能性包括易碎物体操纵和直接的人机交互,因为这些机器人是柔软和安全的,”Lee说,她将在IEEE / RSJ智能机器人和系统国际会议上展示她的最新研究成果。

“TWISTER与刚体机器人非常不同,”她说。
TWISTER由多层正多边形 – 三角形,六边形或八边形组成,形成塔状的管状形状。

Lee使用基于电缆的驱动来控制机器人,同时也在探索不同的方法,例如使用Shape-Memory-Alloys。这些动作可以使塔侧面爬行。

Lee说,出于安全考虑,硬体机器人通常在制造过程中与人分开。“因为这种机器人可以用柔软的材料制成,”她说,“ 在人们旁边的装配线上使用它可能是安全的。”

Lee和医生们一直在讨论如何将机器人小型化以插入体内以进行微创手术。

“腹腔镜手术通常需要一些刚性碎片,从外部控制它们的运动会对组织造成压力,”Lee说。

她也一直在探索太空机器人应用,尤其是太空机器人。

“为了把任何东西放到太空,体积和重量是至关重要的,因为火箭运输的成本,”李说。“这款机器人完全可折叠,与刚性手臂相比,轻巧紧凑。”