バイオインスパイアされた柔らかい静電性アコーディオン折りたたいアクチュエーター

増加する関心は、生体模倣ソフトロボットの開発における折り紙技術の搾取に向けられています。単純化されたアセンブリとロボットモビリティの改善により、折り紙構造の特性を活用するための効果的な設計ソリューションが必要です。この研究では、人間の長年のジャンプに触発されたこの研究では、平らな紙を後部のようなスプリングと静電パッドアシストステアリングが可能なスプリングを備えた中空のポリヘドロン構造に変え、荷重を運ぶことで作られた柔らかい静電的に駆動された脚のアコーディオン折りたたみ式アクチュエータを紹介します。外部アクチュエーターの統合がなければ、アクチュエータは、速い応答、簡単な製造プロセス、低コストの単一脚でサポートされる静電折り紙アクチュエーター自体で構成されています。電流電圧と地上反動力を交互にすることによって引き起こされる折りたたみヒンジの周りの周期的な変形によって開始されるアクチュエーターは、相対速度の観点から他の既存の柔らかい静電アクチュエーター/ロボットを上回るユニークなジャンプスライド運動を示します。相対速度に対する異なる幾何学的要因と外部因子の効果を調べ、弾性要素としての体のスケールと短端のパネルの重要性を強調し、効果的なパフォーマンスを生成する際に共鳴頻度で動作しました。実用的な原則を解釈し、実験結果を検証するために、理論的運動モデルと有限要素分析を実施しました。

Increasing interests have been directed toward the exploitation of origami techniques in developing biomimetic soft robots. There is a need for effective design solutions to exploit the properties of origami structure with simplified assembly and improved robotic mobility. In this study, inspired by human long-standing jumps, we present a soft electrostatically driven legged accordion fold actuator made by turning a flat paper into hollow polyhedron structure with a spring like rear and capable of electrostatic pad-assisted steering and carrying loads. Without the need for integration of external actuators, the actuator is composed of the electrostatic origami actuator itself supported by a single-fold leg with fast response, easy fabrication process, and low cost. Initiated by periodic deformation around the folding hinges caused by alternating current voltage and ground reaction forces, the actuators exhibit a unique jump-slide movement outperforming other existing soft electrostatic actuators/robots in terms of relative speed. We examined the effect of different geometric and external factors on the relative speed and highlighted the significance of body scale and short-edge panels as the elastic elements, as well as operating at resonance frequency in producing effective performances. Theoretical locomotion models and finite element analysis were carried out to interpret the working principle and validate experimental results.