Een onderzoeksteam van de Seoul National University onder leiding van professor Kyu-Jin Cho heeft een op origami geïnspireerde robotarm ontwikkeld die opvouwbaar is, zelf-assemblerend en ook zeer stijf. (De onderzoekers zijn onder andere Suk-Jun Kim, Dae Young Lee, Gwang Pil Jung, hoogleraar SeoulTech)

Ze ontwikkelden een nieuwe robotarm met behulp van een concept van variabele stijfheid. De robotarm maakte het mogelijk om de vorm te veranderen met een enkele draad, waardoor de mogelijkheid van praktisch gebruik van de origami-structuur wordt vergroot. De robotarm is lichtgewicht, en kan plat worden opgevouwen en uitgeschoven als een automatische paraplu en wordt zelfs direct stijf.

Het belangrijkste principe is een inklapbare locker en hierdoor kan de robotarm de nadelen overwinnen van op origami geïnspireerde structuren die moeilijk bestand zijn tegen externe krachten en moeilijk gemakkelijk te bedienen zijn.

Het variabele stijfheidsmechanisme is gebaseerd op een origami-principe van loodrecht vouwen; twee loodrechte vouwlijnen beperken elkaars beweging. Door dit principe te gebruiken, een zeshoekige structuur (40X40X100 mm) die minder dan 30 g weegt, kan meer dan 12 kg drukbelasting weerstaan. Anderzijds, de lockers kunnen eenvoudig worden ontgrendeld en de structuur wordt platgeklapt door met een kleine kracht aan een enkele draad te trekken.

De voordelen van de opvouwbare robotarm kunnen worden gemaximaliseerd wanneer deze is bevestigd aan drones waar het gewicht en de afmetingen het meest extreem zijn. In de video, de drone ontvouwt de robotarm, pakt een voorwerp in de sloot, en filmt de bomen. Wanneer de robotarm niet in gebruik is, het vouwt plat voor gemakkelijk manoeuvreren, gemakkelijk opstijgen en landen. Het voorgestelde variabele stijfheidsmechanisme kan worden toegepast op andere typen robots en constructies in extreme omgevingen zoals poolgebieden, woestijn, onderwater, en ruimte.

Professor Cho zei:"Zachte robots hebben grote voordelen in hun flexibele beweging, maar ze hebben een beperking omdat ze geen hoge belasting kunnen dragen zonder vervorming. Deze robotarm maakt gebruik van de variabele stijfheidstechnologie die voordelen oplevert van zowel stijve als zachte robots. Met dit pand, de robotarm kan plat worden ingeklapt wanneer deze niet in gebruik is en kan stijf zijn indien nodig. In aanvulling, de arm is gemaakt van composiet van taaie ripstop-stof en speciaal behandelde sterke PET-folie voor praktisch gebruik."

Het onderzoek zal worden gepubliceerd in het 16e nummer van Wetenschap Robotica als omslagartikel op 14 maart, 2018.

Hoe kan de robotarm in- en uitklappen met een enkele draad? Het draadpad is ontworpen om het variabele stijfheidsmechanisme achtereenvolgens te ontgrendelen en vervolgens de arm met de draad te vouwen. Wanneer de draad met een motor wordt getrokken, de kracht om het variabele stijfheidsmechanisme te ontgrendelen en de kracht om de arm te vouwen vinden gelijktijdig plaats. Wanneer kluisjes in de module zijn geklemd, het variabele stijfheidsmechanisme beweegt en ontgrendelt de structuur, waardoor het flexibel kan worden opgevouwen. Dan begint de robotarm te vouwen. Deze draadaangedreven aandrijving heeft een groot voordeel in schaalbaarheid. Het kan niet alleen op één module worden toegepast, maar ook op een serieel aangesloten arm, zoals weergegeven in de video. Wanneer de draad is afgewikkeld, de module wordt verlengd door een rubberen band die aan de binnenkant is geïnstalleerd en de kluisjes worden geïnstalleerd door de magneten.