Wie heeft benen nodig? Met hun slanke lichamen, slangen kunnen tot 14 mijl per uur glijden, knijp in krappe ruimte, schaal bomen en zwemmen. Hoe doen ze dat? Het zit allemaal in de weegschaal. Zoals een slang beweegt, zijn schubben grijpen de grond vast en stuwen het lichaam naar voren - vergelijkbaar met hoe stijgijzers wandelaars helpen voet aan de grond te krijgen in glad ijs. Deze zogenaamde wrijvingsondersteunde voortbeweging is mogelijk vanwege de vorm en positionering van slangenschubben.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) heeft een zachte robot ontwikkeld die dezelfde bewegingsprincipes gebruikt om te kruipen zonder stijve componenten. De zachte robotweegschalen zijn gemaakt met behulp van kirigami - een oud Japans papierambacht dat afhankelijk is van sneden, in plaats van origami vouwen, eigenschappen van een materiaal veranderen. Terwijl de robot zich uitrekt, het platte kirigami-oppervlak wordt getransformeerd in een 3D-gestructureerd oppervlak, die de grond vastgrijpt als slangenleer.

Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap Robotica .

"Er is de afgelopen jaren veel onderzoek gedaan naar het fabriceren van dit soort morphable, rekbare structuren, " zei Ahmad Rafsanjani, een postdoctoraal onderzoeker bij SEAS en eerste auteur van het artikel. "We hebben aangetoond dat kirigami-principes kunnen worden geïntegreerd in zachte robots om voortbeweging op een eenvoudigere manier te bereiken, sneller en goedkoper dan de meeste eerdere technieken."

De onderzoekers begonnen met een eenvoudige, vlakke kunststof plaat. Met behulp van een lasersnijder, ze hebben een reeks sneden op centimeterschaal ingebed, experimenteren met verschillende vormen en maten. Eenmaal gesneden, de onderzoekers wikkelden het vel rond een buisachtige elastomeeractuator, die uitzet en samentrekt met lucht als een ballon.

Wanneer de actuator uitzet, de kirigami snijdt pop-out, een ruw oppervlak vormen dat de grond vastgrijpt. Wanneer de actuator leegloopt, de sneden vouwen plat, voortbewegen van de crawler.

De onderzoekers bouwden een volledig ongebonden robot, met zijn geïntegreerde bediening aan boord, voelen, bediening en voeding verpakt in een kleine staart. Ze hebben het getest terwijl het over de campus van Harvard kroop.

Het team experimenteerde met verschillende vormen van sneden, inclusief driehoekig, cirkelvormig en trapeziumvormig. Ze ontdekten dat trapeziumvormige sneden - die het meest lijken op de vorm van slangenschubben - de robot een langere pas gaven.

"We laten zien dat de locomotiefeigenschappen van deze kirigami-skins kunnen worden benut door de snijgeometrie en het activeringsprotocol goed in evenwicht te brengen, "zei Rafsanjani. "Vooruitgaand, deze componenten kunnen verder worden geoptimaliseerd om de respons van het systeem te verbeteren."

"Wij geloven dat onze op kirigami gebaseerde strategie wegen opent voor het ontwerp van een nieuwe klasse van zachte crawlers, " zei Katia Bertoldi, de William en Ami Kuan Danoff Professor of Applied Mechanics en senior auteur van het artikel. "Deze zachte robots voor alle terreinen kunnen op een dag door moeilijke omgevingen reizen voor verkenning, inspectie, monitoring- en zoek- en reddingsmissies of het uitvoeren van complexe, laparoscopische medische procedures."