Los juguetes de títeres de empuje comunes con formas de animales y celebridades pueden moverse o caer presionando un botón en la base del juguete. Ahora, un equipo de ingenieros de UCLA ha desarrollado una nueva clase de materiales dinámicos sintonizables que imitan el funcionamiento interno de las varillas de empuje con aplicaciones para robótica blanda, arquitecturas reconfigurables e ingeniería espacial.
Dentro de un títere de empuje, hay cables de conexión que, cuando se tiran, tensan el juguete. Pero aflojar estos cordones hará que las “extremidades” del juguete se debiliten. Utilizando el mismo principio basado en la tensión ósea que controla una marioneta, los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de metamaterial, un material diseñado para tener propiedades con capacidades avanzadas.
Publicado en Horizonte de contenidoEl estudio de la UCLA revela un nuevo metamaterial ligero, equipado con cordones motorizados o autopropulsados conectados por cuentas unidas a un cono interconectado. Tras la activación, los cables se tiran con fuerza, lo que hace que la cadena anidada de partículas de cuentas se atasque y se enderece formando una línea, endureciendo el material y manteniendo su estructura general.
El estudio también reveló propiedades versátiles del material que podrían conducir a su eventual incorporación en robótica blanda u otras estructuras programables:
- En consecuencia, el nivel de tensión en las cuerdas puede “ajustar” la rigidez de la estructura: el estado completamente rígido ofrece la superficie más fuerte y rígida, pero los cambios incrementales en la tensión de las cuerdas proporcionan flexibilidad a la estructura. La clave es la geometría correcta de los conos del nido y la fricción entre ellos.
- Las estructuras que utilizan este diseño pueden colapsar y endurecerse repetidamente, lo que las hace útiles para diseños duraderos que requieren movimientos repetidos. El material también ofrece fácil transporte y almacenamiento en su estado inerte y no desplegable.
- Después del despliegue, el material muestra claramente su adaptabilidad, volviéndose más de 35 veces más rígido y cambiando su capacidad de amortiguación hasta en un 50%.
- Se pueden diseñar metamateriales para que se autoaccionen mediante tendones artificiales que animan la forma sin control humano.
“Nuestro metamaterial permite nuevas capacidades, lo que demuestra su gran potencial para aplicaciones en robótica, estructuras reconfigurables e ingeniería espacial”, dijo el autor correspondiente y becario postdoctoral de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, Wenzong Yan. “Hecho con este material, por ejemplo, un robot blando autodesplegable puede ajustar sus extremidades para adaptarse a diferentes terrenos para una máxima movilidad mientras mantiene la estructura de su cuerpo. Puede arreglar la rigidez”.
“El concepto general de metamateriales contráctiles abre posibilidades interesantes para construir inteligencia mecánica en robots y otros dispositivos”, dijo Yan.
Un vídeo de 12 segundos del metamaterial en acción está disponible aquí, a través del canal de YouTube de UCLA Samueli.
Los autores principales del artículo son Ankur Mehta, profesor asociado Samueli de ingeniería eléctrica e informática de UCLA y director del Laboratorio de máquinas integradas y robots ubicuos, del que Yan es miembro, y Jonathan Hopkins, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial. dirigir. Grupo de Investigación sobre Resiliencia de UCLA.
Según los investigadores, las posibles aplicaciones del material incluyen refugios automontables con armazones que encapsulan andamios plegables. También puede actuar como un amortiguador compacto con capacidades de amortiguación programables para vehículos que atraviesan entornos difíciles.
“De cara al futuro, hay mucho espacio para explorar capacidades de adaptación y personalización cambiando el tamaño y la forma de las cuentas, así como la forma en que están conectadas”, dijo Mehta, quien tiene mecánica y También hay un nombramiento como profesor de UCLA en ingeniería aeroespacial.
Si bien investigaciones anteriores han explorado los cordones contraídos, este artículo examina las propiedades mecánicas de dichos sistemas, incluidas las formas ideales para la alineación, el autoensamblaje y el ajuste de las cuentas para mantener su estructura general.
Otros autores del artículo son los estudiantes graduados en ingeniería mecánica de UCLA, Talmadge Jones y Ryan Lee, ambos miembros del laboratorio Hopkins, y Christopher Javitz, un estudiante graduado del Instituto de Tecnología de Georgia que realizó la investigación como miembro del laboratorio Hopkins. participó. Era un estudiante universitario de ingeniería aeroespacial en UCLA.
La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Naval y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, con apoyo adicional de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, así como también se incluyeron computación y almacenamiento de la Oficina de Servicios de Computación de Investigación Avanzada de UCLA.
