Eenvoudig robotmechanisme beweegt met één actuator in meerdere richtingen (video)

“Origami wordt traditioneel gezien als een kunstvorm, maar het heeft inmiddels ook een plek veroverd in de wereld van techniek,” zegt Davood Farhadi, universitair docent aan de TU Delft. “Het is een opkomend vakgebied dat compleet nieuwe mogelijkheden biedt voor het ontwerpen van robotsystemen.”

Eén actuator, twee richtingen
In de conventionele robotica zijn meestal meerdere actuatoren nodig om beweging in verschillende richtingen mogelijk te maken. “Denk aan een auto,” legt Farhadi uit. “De motor zorgt voor de voorwaartse beweging, terwijl een apart stuursysteem—bediend door de bestuurder—de richting bepaalt. Ons systeem doorbreekt deze aanname door zowel voorwaartse als draaiende bewegingen mogelijk te maken met slechts één actuator.”

Het team onderzocht hoe veranderingen in geometrie invloed hebben op het eenvoudigste origamipatroon: een enkel vel met vier vouwlijnen. Ze ontwikkelden algoritmes om het bewegingsgedrag van rechthoekige vellen met deze vouwen te simuleren. Door miljoenen ontwerpen te analyseren, ontdekte Farhadi dat ongeveer 10% daadwerkelijk kon bewegen.

Verrassend genoeg bleek een kleiner deel daarvan zelfs in meerdere richtingen te kunnen bewegen. Door specifieke vouwpatronen zorgvuldig te kiezen, ontstond complexe voortbeweging, waarbij één actuator het vel in meerdere richtingen kon sturen.

De toekomst van origami
Origami heeft veel praktische voordelen: je verspilt nauwelijks materiaal, je hoeft niets weg te snijden, en je kunt dunne, hoogwaardige vellen gebruiken. “Het is goedkoop en schaalbaar,” zegt Farhadi. Robots geïnspireerd op origami kunnen daardoor veel efficiënter zijn. “In plaats van één logge Marsrover te sturen om bijvoorbeeld de oppervlaktetemperatuur te meten, kun je een stapel origamirobots meesturen die zich uitvouwen en een veel groter gebied verkennen,” stelt Farhadi zich voor. Hij hoopt dat de eenvoud van het ontwerp studenten, onderzoekers en docenten inspireert om zelf met origamirobots aan de slag te gaan. “We hebben het klassiek gehouden, maar door de geometrie aan te passen—zoals afgeronde hoeken of gebogen vouwen—kun je nog meer soorten beweging mogelijk maken, zoals rollen, zwemmen of springen,” voegt Farhadi toe.