SDU-robot slanger sig frem ved hjælp af origami

Når vi kigger på et stykke papir, ser vi mest bare en begyndende huskeliste, noget at tegne på eller printer-foder.

Men folk, der kender til origami, kan få meget mere ud af det, og nu har en forsker fra SDU taget ved lære af den japanske foldeteknik i et nyt robot-design.

Resultatet er en slange-robot, fremstillet af et blødt og billigt tekstil, der kan skubbe sig selv hen over jorden og gennem snævre passager.

Robotten er foldet lidt som en harmonika, og ved at trykke luft gennem dens forskellige dele kan den spænde dem eller slappe af i dem, ligesom en slange kan skubbe sig selv frem.

Fordi robotten er god til at komme ind trange steder, kan designet være værdifuldt i forbindelse med redningsopgaver eller til udforskning af naturen eller rummet.

»I slangen har naturen fundet en løsning på, hvordan man kan komme effektivt gennem snævre åbninger. Det har vi efterlignet i den her robot ved bare at folde dens materiale på en særlig måde,« siger Burcu Seyidoglu, ph.d.-studerende på SDU Biorobotics under Syddansk Universitet.

Fordele gemt i folderne: Derfor er origami smart

Når vi tænker på robotter, får vi nok mere et billede af en metallisk menneskeskikkelse i hovedet frem for en lille pølse af blødt tekstil som slange-robotten udviklet af Burcu og hendes vejleder Ahmad Rafsanjani.

Men hårde materialer er ikke gode til mange opgaver, for eksempel menneskelig kontakt eller at forcere udfordrende terræn.

Derfor tyer forskere til bløde robotter i feltet ‘soft robotics’. Og netop i omgang med bløde, foldbare materialer byder origami på fordele:

• Effektiv produktion: I stedet for en kompliceret proces, hvor man skal samle sin robots dele som et LEGO-sæt, kan man tage et færdigt materiale og folde det.
• Funktionel foldning: Man kan få bestemte funktioner ud af ens foldeteknik. Slange-robotten er for eksempel foldet som en slanges rygrad, og kan derfor bevæge sig, som den gør.

»Der ligger helt klart en produktionsdrøm i origami-designet, fordi en normal samleproces er kompleks og fordyrende,« forklarer Kasper Støy, professor i robotteknologi på IT-Universitetet i København, der har kigget på studiet for Videnskab.dk.

Og når man arbejder med flade ark af materiale, der er nemmere at fremstille end tredimensionelle dele, kan man også danne ‘sandwicher’ af forskellige materialer ved at lægge ark oven på hinanden inden foldning.

Slange-robotten er for eksempel fremstillet af Dyneema, et blødt tekstil, der også er lamineret, så det både kan tåle slid, men også er godt til at efterligne muskelvæv og åndbart.

Men materialets evne til at kunne foldes er ikke alt. Hvordan det er foldet kan også give robotten bestemte funktioner.

Et eksempel fra klassisk origami er en papirfrø, der kan hoppe, hvis man trykker den bagpå.

Slangerobotten skal jo efterligne en slanges bevægelse, hvor dyret skiftevis trækker dele af sin bug sammen eller udvider dem. Og det har forskerne gjort gennem foldningen.

»I slangerobotten har vi foldet tekstilet som en rygrad, fordi vi så kan skabe bevægelse ved at tilføre luft til strukturen,« påpeger Burcu Seyidoglu.

Et studie med spændende potentiale og en ‘elefant i rummet’

Spørger man Kasper Støy, er der en del potentiale at hente i origami-design for soft robotics:

»De har fået funktionalitet ud af selve foldningerne, der rækker ud over, hvad materialet kan i sig selv, hvilket er ret spændende,« siger han.

Robotten er stadig under udvikling, og et interessant spørgsmål til designet er, om det kan gøres på en måde, så robotten får flere bevægelsesmuligheder.

»Lige nu kan den jo kun kravle frem og tilbage, uden at løfte sig fra jorden. Og selv hvis de laver den om, så den kan dreje, kan den måske til gengæld ikke komme frem og tilbage længere. Det kan blive en spændende udfordring,« mener Kasper Støy.

Som mange andre bløde robotter er origami-slangen drevet af pneumatik, altså tryk fra luft inde i den. Og den luft skal jo komme et sted fra, nemlig en luftslange, som robotten er koblet til.

Hvis robot-designet skulle bruges til, for eksempel, redningsopgaver i katastrofeområder, ville sådan en slange være lidt af en ulempe. En robotstøvsuger ville heller ikke være så smart, hvis den havde en ledning, der skulle i en stikkontakt, for at virke.

Nu har studiet bag slange-robotten mest fokuseret på at få funktion ud af et origami-baseret design og derved gøre robotten mere energibesparende og billigere.

»Derfor ville man heller ikke forvente, at designet ville fikse problemet med luftslangen. Men at afskaffe den er nok den helt store elefant i rummet for soft robotics,« mener Kasper Støy.

En måde at efterligne naturens løsninger på

Hvis robotten en dag skal deltage i redningsmissioner eller bruges til felt-forskning enten på Jorden eller i rummet, har den brug for en del trick i ærmet. Men den er heldigvis baseret på et godt forbillede.

Slanger kan nemlig bevæge sig på mange forskellige måder, uden at bruge meget energi.

Den første slange-robot var japansk og blev udviklet tilbage i 1997, men den var af hårdt materiale, inddelt i led og kom frem ved hjælp af en masse små ben på undersiden.

Dér er SDU-designet noget af en forbedring, fordi det ved hjælp af origami har gjort det nemmere direkte at efterligne en slanges sammentrækninger af bugen.

»Slanger er enormt fleksible, bevæger sig på en energibesparende måde og kan komme ind mange steder. Så det ville være fantastisk, hvis en robot kunne efterligne bare lidt af de evner,« siger Burcu Seyidoglu.