30/07/2024
Door Ad Spijkers
De papiervouwkunst inspireerde Amerikaanse onderzoekers tot een kunststof kubusstructuur met meer dan duizend configuraties.
Onderzoekers aan de North Carolina State University in Raleigh lieten zich inspireren door de papiervouwkunst van origami. Ze hebben een manier ontdekt om een enkele kunststof kubusstructuur te transformeren in meer dan duizend configuraties – met slechts drie motoren. De bevindingen kunnen de weg vrijmaken voor van vorm veranderende kunstmatige systemen die meerdere functies kunnen vervullen en zelfs een last kunnen dragen. Zo valt te denken aan veelzijdige robotstructuren die bijvoorbeeld in de ruimte worden gebruikt.
Duizend vormen
De vraag die de onderzoekers zich stellen is hoe ze een aantal veelzijdige vormen kunnen bereiken met het minste aantal actuatoren dat vormverandering aandrijft. Ze gebruiken een hiërarchisch concept dat ze in de natuur zien – zoals gelaagde spiervezels – maar dan met kunststof kubussen om een zich transformerende robot te creëren.
De onderzoekers assembleerden holle kunststof kubussen met behulp van een 3D-printer en assembleerden er 36 samen met roterende scharnieren. Sommige scharnieren werden vastgezet met metalen pennen, andere werden draadloos geactiveerd met een motor. De onderzoekers konden de kubussen in meer dan duizend vormen veranderen met slechts drie actieve motoren. Die vormen omvatten tunnelachtige structuren, brugachtige structuren en zelfs architecturen met meerdere verdiepingen.
De ongebonden transformerbots kunnen vooruit, achteruit en zijwaarts bewegen – zonder voeten – door simpelweg de manier te bepalen waarop de vorm van de structuur verandert. De bots kunnen ook relatief snel transformeren van plat, of volledig open, naar een doosachtige grotere kubus, of volledig gesloten. De bots kunnen ook een last dragen die ongeveer drie keer hun eigen gewicht is.
Vervolg
De onderzoekers gaan nu proberen om de transformerbots nog beter te maken. Ze willen een robuustere structuur maken die grotere lasten kan dragen. Als ze bijvoorbeeld een autovorm willen, hoe ontwerpen ze dan de eerste structuur die kan transformeren in een autovorm? Ze willen de structuren ook testen met toepassingen in de echte wereld, zoals ruimterobots.
De onderzoekers denken dat deze kunnen worden gebruikt als inzetbare, configureerbare ruimterobots en habitats. Het concepet is modulair, dus de bots zijn plat de ruimte in te sturen en aldaar in elkaar te zetten als schuilplaats of als habitat, en het vervolgens weer uit elkaar halen. Voor gebruikers moet dus het eenvoudig in elkaar te zetten en te bedienen zijn.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Jie Yin, NC State University.