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Origami, el arte de doblar papeles para crear formas, es un concepto atractivo para la robótica, ya que puede transformar materiales bidimensionales en estructuras tridimensionales que son intrínsecamente flexibles, o, como se en diría robótica, "deformables." Lo que es más, las estructuras se pliegan y despliegan permitiendo todo tipo de funcionalidad interesantes que de otro modo sólo sería posible con los sistemas que son mucho más complejos.

El enfoque puede ser particularmente útil en el diseño de ruedas para robots, en la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización (ICRA) dos grupos de investigación presentaron sistemas de ruedas de inspiración origami que permiten a los robots móviles ser más ágiles y más fuertes.

Uno de los grupos fue de la Universidad Nacional de Seúl Biorobotics , dirigido por el profesor Kyu-Jin Cho. Los investigadores han diseñado una rueda robótica inteligente basado en uno de los más famosos modelos de origami, el patrón de la bola mágica.

La rueda puede cambiar su radio por deformación de su forma. Este es un truco útil capaz de realizarse, ya que una rueda con un radio grande es mejor en escalada, mientras que una rueda con un radio más pequeño es mejor en acelerar, como demuestra el robot:

La rueda y ganchos juntos pueden deformar de un diámetro mínimo de 55 milímetros a un diámetro máximo de 120 milímetros, que es una gama considerable, sobre todo teniendo en cuenta que la transformación sólo requiere un único actuador por rueda.

"La fabricación de ruedas Origami Usando un Patrón de fabricación embebido y su aplicación a un Deformable Mobile Robot," por Dae-Young Lee, Ji-Suk Kim, Jae-Jun Park, Kim Sa-Reum, y Kyu-Jin Cho de la Universidad Nacional de Seúl, fue presentado este mes en la ICRA 2014 en Hong Kong.

En otro proyecto presentado en la ICRA, investigadores de la Harvard Microrobótica Lab, dirigido por el profesor Robert Wood, se unieron con el grupo de la Universidad Nacional de Seúl para diseñar ruedas de origami que pueden ampliarse y reducir el tamaño de forma automática.

El objetivo en este caso no fue simplemente permitir que el robot pase por encima de algunas cosas y apretar otras. Dado que hay una relación directa entre el radio de una rueda y el par de torsión que puede ejercer, una rueda que pued< deformarse también puede actuar como una transmisión automática, continuamente variable.

En primer lugar, unas palabras sobre las transmisiones: en el sentido más general, una transmisión es lo que convierte la salida de potencia de un motor en una combinación de velocidad y par. Por lo general, la forma en que funciona una transmisión es que usted puede operar de par para la velocidad (o viceversa), mientras que la optimización de la eficiencia de su motor: en los automóviles, una marcha corta te da un montón de fuerza, pero limita su velocidad máxima, mientras que una marcha larga hará que vaya más rápido pero tenga menos fuerza.

La mayoría de los automóviles tienen cajas de cambios discretos, donde se puede elegir entre un número de relaciones de transmisión fijas. Inevitablemente, esto significa que la mayoría de las veces, la transmisión no está optimizada para lo que quieres hacer. Una transmisión continuamente variable, por otra parte, ofrece un número infinito de relaciones de transmisión sobre un rango fijo.

A diferencia de la mayoría de los automóviles, la mayoría de los robots no se molestan con las transmisiones en absoluto, porque son pesados y complicados. Esto significa que los robots tienen que ser diseñados para actuar con rapidez.

Los investigadores diseñaron una rueda de origami que pueden hacer las dos cosas, simplemente cambiando su radio, y gracias a su diseño origami, lo hace por sí mismo. Es una transmisión continuamente variable completamente automático, que permite a un pequeño robot para mover cosas, ya sea rápido o distancia sin necesidad de ninguna complejidad adicional más allá de una rueda de origami:

Fotos: Harvard Microrobótica Lab / Biorobotics Laboratorio de la Universidad Nacional de Seúl Imágenes (a) y (b) muestran la rueda de origami en alta velocidad, configuración de bajo par; (C) y (d) muestran la rueda de Origami en baja velocidad, alto par de configuración. Hay tres robots en el vídeo a continuación. Hay uno con grandes ruedas fijas (de alta velocidad, de par bajo), una con ruedas fijas pequeñas (baja velocidad, alto par), y luego una con ruedas de origami que pueden ampliar y reducir el tamaño. No es necesario un ajuste: si las ruedas de origami tienen demasiada carga sobre ellos para girar, que detener, y como los cubos de las ruedas siguen girando, el colapso ruedas, lo que aumenta el par hasta que puedan moverse:

Para reiterar, esta transmisión es a la vez continuamente variable y totalmente automático. La rueda puede adoptar cualquier relación de transmisión eficaz en el intervalo entre su diámetro mínimo y máximo, y lo hace de forma pasiva como un resorte, ya que responde a las cargas sobre el mismo por la reducción de su diámetro hasta que se alcanza el diámetro máximo en el que puede girar constantemente .

El costo de la rueda origami es el 70 por ciento del costo de una rueda de diámetro fijo, menos lo que cuesta contratar a alguien que sabe lo que están haciendo para doblar para arriba para usted. Los investigadores sugieren que también sería ideal para aplicaciones donde el peso y el volumen son cuestiones, como rovers interplanetarias, como la rueda se puede plegar y desplegar en sí.

"Un pasivo, Origami-Inspirado Transmisión Variable Continua," por Samuel M. Felton, Dae-Young Lee, Kyu-Jin Cho, y Robert J. Wood, de la Universidad de Harvard y la Universidad Nacional de Seúl, fue presentado este mes en la ICRA 2014 en Hong Kong.

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