Meta-Ori: monolithic meta-origami for nonlinear inflatable soft actuators
Hugo de Souza Oliveira, Xin Li, Johannes Frey, Edoardo Milana
软材料和细长结构的非线性机械响应通过设计在软机器人执行器中有意利用编程功能,例如测序,放大响应,快速能量释放等。 然而,非线性致动器的典型设计 - 例如气球,倒膜,弹簧 - 具有有限的设计参数空间和复杂的制造工艺,阻碍了更精细的功能的实现。 另一方面,机械超材料具有非常大的设计参数空间,允许对非线性行为进行微调。 在这项工作中,我们提出了一种新的方法来制造基于超材料和折纸(Meta-Ori)的非线性充气作为单片零件,可以使用热塑性聚氨酯(TPU)商业细丝通过熔融沉积建模(FDM)进行完全3D打印。 我们的设计包括一个具有圆柱形拓扑和非线性机械响应的超材料外壳,以及Kresling折纸充气作为气动发射器。 我们开发和发布视觉编程语言Grasshopper的设计工具,以交互式设计我们的Meta-Ori。 我们表征了元壳和折纸的机械响应,以及Meta-Ori充气的非线性压力体积曲线,最后,我们演示了双段单片Meta-Ori软执行器的驱动测序。
The nonlinear mechanical response of soft materials and slender structures is purposefully harnessed to program functions by design in soft robotic actuators, such as sequencing, amplified response, fast energy release, etc. However, typical designs of nonlinear actuators - e.g. balloons, inverted membranes, springs - have limited design parameters space and complex fabrication processes, hindering the achievement of more elaborated functions. Mechanical metamaterials, on the other hand, have ve...