Japońska sztuka Kirigami wykorzystywana w robotyce?

Dzięki gładkim ciałom, węże mogą ślizgać się do 14 mil na godzinę, wciskać się w ciasne przestrzenie, wpełzać na drzewa i pływać. Jak one to robią? Wszystko jest zawarte w ich budowie. Wąż poruszając się łuskami chwyta ziemię i napędza ciało do przodu – podobnie jak raki pomagają wędrowcom budować przyczółki w śliskim lodzie. Ta tak zwana „lokomocja wspomagana tarciem” jest możliwa z powodu kształtu i położenia łusek węża.

Obecnie zespół naukowców z Instytutu Wyss na Uniwersytecie Harvarda i Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opracował miękkiego robota, który wykorzystuje te same zasady lokomocji co węże, bez sztywnych elementów. Miękkie zrobotyzowane łuski są wykonywane przy użyciu kirigami – starożytnej japońskiej sztuki z wykorzystaniem papieru, która polega na cięciach, a nie na fałdach origami, w celu zmiany właściwości materiału. Gdy robot się rozciąga, powierzchnia płaskiego kirigami zmienia się w teksturowaną powierzchnię 3D, chwytającą ziemię jak skórę węża.

„W ostatnich latach przeprowadzono wiele badań dotyczących sposobu wytwarzania tego rodzaju podatnych na rozciąganie struktur” – powiedział dr Ahmad Rafsanjani, doktor habilitowany SEAS. „Pokazaliśmy, że zasady kirigami można włączyć do budowy miękkich robotów, aby osiągnąć lokomocję w sposób prostszy, szybszy i tańszy niż większość wcześniejszych technik.”
Naukowcy zaczęli od prostego, płaskiego arkusza z tworzywa sztucznego. Używając wycinarki laserowej, osadzili szereg wycinków, eksperymentując z różnymi kształtami i rozmiarami. Po pocięciu arkusza naukowcy owinęli go wokół rurkowatego siłownika elastomerowego, który rozszerza się i kurczy z powietrzem jak balon.

Kiedy siłownik się rozszerza, kawałki kirigami wyskakują, tworząc szorstką powierzchnię, która chwyta ziemię. Gdy siłownik opróżnia się, cięcia składają się płasko, wprawiając robota w ruch.

Naukowcy skonstruowali robota ze zintegrowanym sterowaniem na pokładzie, czujnikiem, aktywacją i zasilaniem, które spakowano w drobny ogon. Testowali, jak czołga się po kampusie Harvarda. Zespół eksperymentował z cięciami o różnych kształtach, w tym trójkątnym, okrągłym i trapezoidalnym. Odkryli, że trapezoidalne kawałki, które najbardziej przypominają kształt łusek węża, pozwalają robotowi na dłuższy krok. „Wierzymy, że nasza oparta na kirigami strategia otwiera nowe możliwości projektowania nowej klasy miękkich gąsienic robotycznych”, powiedziała dr Katia Bertoldi, członek wydziału Associate w Wyss Institute. „Te wszechstronne, miękkie roboty mogą pewnego dnia przemieszczać się w trudnych warunkach w celu eksploracji, inspekcji, monitorowania i misji poszukiwawczo-ratowniczych lub wykonywać złożone, laparoskopowe zabiegi medyczne.”