シンプルなアクチュエータで複雑な動作が可能(Complex motions for simple actuators)

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折り紙の原理で複雑な変形をするインフレータブルアクチュエーター Inflatable actuators use origami principles to deform in intricate ways

2022-07-13 ハーバード大学


An extra node (yellow) that pops in or out if a certain amount of negative or positive pressure is supplied gives this origami-inspired building block bistability. By combining these building blocks, researchers built an actuator that can bend, twist and move in complex, distinct ways from a single source of pressure. (Credit: Bertoldi Lab/Harvard SEAS)

研究者らは、折り紙からヒントを得て、単一の圧力源で複雑かつ異なる方法で曲げたりねじったり動いたりできるインフレータブル構造体を作製しました。
研究者らはまず、クレスリングパターンから単純な単安定モジュールを作成した。双安定性を解除するために、研究者らは折り紙モチーフの欠陥、すなわち、ある量の負圧または正圧が供給されると飛び出したり閉じたりする4角形のドームを形成する余分な節を追加した。
まず、ある圧力で構造体を膨らませ、特定の細胞を弾き出しますが、このとき、圧力を取り除いても弾き出されたままの状態になります。次に、この新しい構造では、対称性を破っているので、真空を利用して曲げたり、収縮させたり、ねじったりすることができます。次に、構造体を二次圧力まで膨張させて、さらに細胞を破裂させ、再び真空にすると、全く異なる変形が可能になる。

<関連情報>

膨張する折り紙。マルチモーダルな変形を可能にする多安定性 Inflatable Origami: Multimodal Deformation via Multistability

David Melancon,Antonio Elia Forte,Leon M. Kamp,Benjamin Gorissen,Katia Bertoldi
Advanced Functional Materials  Published: 03 June 2022
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.202201891

Abstract

Inflatable structures have become essential components in the design of soft robots and deployable systems as they enable dramatic shape change from a single pressure inlet. This simplicity, however, often brings a strict limitation: unimodal deformation upon inflation. Here, multistability is embraced to design modular, inflatable structures that can switch between distinct deformation modes as a response to a single input signal. This system comprises bistable origami modules in which pressure is used to trigger a snap-through transition between a state of deformation characterized by simple deployment to a state characterized by bending deformation. By assembling different modules and tuning their geometry to cause snapping at different pressure thresholds, structures capable of complex deformations that can be pre-programmed and activated using only one pressure source are created. This approach puts forward multistability as a paradigm to eliminate a one-to-one relation between input signal and deformation mode in inflatable systems.

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