As juntas de mudança de forma podem transformar dispositivos vestíveis e movimento robótico

É fácil tomar a mobilidade conjunta como garantida. Sem pensar, é simples o suficiente para virar as páginas de um livro ou dobra para esticar um músculo dolorido. Os designers não têm o mesmo luxo. Ao construir uma articulação, seja para um robô ou suporte de pulso, os designers buscam personalização em todos os graus de liberdade, mas geralmente são restringidos por sua versatilidade para se adaptar a diferentes contextos de uso.

Pesquisadores da Faculdade de Engenharia da Universidade Carnegie Mellon desenvolveram um algoritmo para projetar metaestruturas que são reconfiguráveis ​​em seis graus de liberdade e permitem a ajuste da rigidez. O algoritmo pode interpretar os movimentos cinemáticos necessários para várias configurações de um dispositivo e ajudar os designers a criar essa reconfigurabilidade. Esse avanço fornece aos designers um controle mais preciso sobre a funcionalidade das juntas para várias aplicações.

A equipe demonstrou os recursos versáteis da estrutura por meio de vários dispositivos vestíveis, adaptados para funções de movimento exclusivas, áreas corporais e usos.

“No caso da síndrome do túnel do carpo, uma cinta típica impede que os pacientes exercitem suas articulações o tempo todo para evitar lesões e promover a cura. Mas, muitas vezes, durante a reabilitação, os pacientes ainda precisam mover momentaneamente as articulações para realizar tarefas que normalmente eram fáceis de fazer.

“Como nossas estruturas podem reconfigurar para bloquear e desbloquear seletivamente movimentos, ela pode restringir os movimentos para cumprir a função de uma aparição na maior parte do tempo, mas permite que o paciente mova sua articulação de maneiras pretendidas por períodos curtos.

Para o estudo publicado em Comunicações da naturezaos fios de aquecimento resistivo adicionados à metaestrutura impressa em 3D permitem que as estruturas reconfigurem seus graus de liberdade motivas durante o uso. No futuro, a equipe acredita que terá a tecnologia necessária para fabricar aditivamente todo o dispositivo como uma peça. Isso reduziria os custos de produção e permitiria dispositivos acessíveis com funcionalidade aprimorada.

“Este é um projeto de gateway para aplicações interessantes”, disse Dinesh K. Patel, cientista de pesquisa. “Nosso algoritmo é realizado material, então, no futuro, poderíamos procurar criar dispositivos com materiais suaves e flexíveis para um desgaste mais confortável”.

Os roboticistas podem se beneficiar da capacidade da estrutura de reconfigurar a mobilidade articular, porque um robô projetado para vários propósitos pode precisar de mobilidades variadas. A capacidade de projetar articulações com reconfigurabilidade programável e arbitrária pode ser um “santo graal” na criação de robôs versáteis. Por exemplo, como parte de um robô auxiliar em casa, uma articulação pode permitir alguns graus rotacionais de liberdade para imitar um membro humano. O robô poderia então interagir com objetos com as capacidades da mão humana.

No entanto, ao interagir com objetos macios ou em água, a articulação pode reconfigurar para fornecer mais graus de liberdade, além de diminuir sua rigidez, permitindo que o membro se transforme funcionalmente em um tentáculo para melhor agarrar e nadar.

Além disso, a capacidade do dispositivo de reconfigurar e fornecer várias rigidez permite imitar a sensação de materiais tocantes que variam de gel macio a superfícies metálicas. Isso poderia promover a realidade aumentada para reabilitação e treinamento médico.

“Nesse campo, não havia um método generalizável para projetar estruturas cinemáticas reconfiguráveis ​​e compatíveis. Foi importante para nós democratizá -los e expandir sua versatilidade para aplicação mais ampla”, disse Yang.

“Ele mostra como os mecanismos podem aumentar ainda mais a inteligência material para alcançar nossa visão definitiva de matéria e máquinas inteligentes fisicamente incorporadas”, disse Linering Yao, um dos principais investigadores que supervisionam o projeto e agora um professor assistente de engenharia mecânica da Universidade da Califórnia, Berkeley.