Класичні роботизовані маніпулятори – це комбінація з декількох сегментів і декількох актуаторів, таких як електромотори або гідравлічні приводи. Вони здатні самостійно керувати своїм рухом, причому, як правило, мають велику силу.

На практиці майже завжди застосовують маніпулятори такого типу, але в дослідженнях інженери часто використовують інший підхід, при якому маніпулятор являє собою пасивну конструкцію, а приводять її в рух зовнішні стимули, такі як магнітне поле або нагрівання.

Найчастіше цей підхід застосовують у розробці зовсім невеликих медичних приладів і роботів, що працюють всередині тіла, оскільки поки для них немає достатньо мініатюрних і при цьому ефективних компонентів.

Орігамі-щупальце, яке керується магнітним полем

У відносно великих роботах і маніпуляторах управління рухом зовнішніми стимулами намагаються використовувати набагато рідше. Одну з таких розробок представила команда інженерів з Університету штату Огайо і Технологічного інституту Джорджії під керівництвом Жуйке Чжао.

Крім використання магнітного керування маніпулятор примітний і тим, що складається зі складних сегментів, виконаних в техніці орігамі.

Автори використовували певний візерунок орігамі, який, до речі, не вперше використовується в робототехніці – патерн Креслінга, який був вперше описаний Біруте Креслінгом. Як правило, його застосовують в циліндричній конструкції, де циліндр складається з двох змінних трикутників, розташованих під кутом до осі циліндра.

Орігамі конструкція на базі патерна Креслінга – дивіться відео:

Як працює орігамі-щупальце

Створений авторами нової роботи маніпулятор складається з сегментів, які своєю чергою утворені патерном Креслінга.

  • Сам циліндричний патерн зібраний з паперу або поліпропілену (інженери зібрали прототипи з різних матеріалів).
  • З торців він закритий пластиною з силіконового еластомеру з магнітними включеннями зі сплаву неодиму, заліза і бору.
  • Кожну пластину автори намагнічували окремо, задаючи певний напрям намагніченості.

Завдяки такій структурі інженери змогли використовувати для управління зовнішнє магнітне поле: при його створенні пластини прагнуть орієнтуватися так, щоб їх власна намагніченість збігалася з напрямком поля.

Комбінуючи в одному маніпуляторі пластини з різною намагніченістю, а також керуючи характеристиками зовнішнього поля, інженери домоглися різниці у поведінці прототипів, а також управління рухом окремих сегментів.

За допомогою одного з них вони навіть змогли захопити невеликий предмет, обхопивши його навколо.

Орігамі–щупальце в роботі – дивіться відео: