Inflatable Kirigami Crawlers

要約

キリガミは、カットのジオメトリを活用することにより、ガイド付きモーフィングのユニークな機会を提供します。
この作品は、周期的な空気圧作動時の運動を実現するために、熱に密集可能なテキスタイルにカットパターンを導入することによって作成されたインフレータブルキリガミクローラーを提示します。
従来のエアポーチを膨らませると、対称的な膨らみと収縮が生じます。
膨らんだキリガミアクチュエーターでは、蓄積された圧縮力が対称性を均一に破壊し、2倍の単純な空気ポーチと比較して収縮を強化し、新たなスケールのような特徴を備えた建築表面にオーバーラップおよび自己組織化される密封されたエッジの局所回転を引き起こします。
その結果、膨張型のキリガミアクチュエーターは、非対称の局所的な面外変形を伴う均一で制御された収縮を示します。
このプロセスにより、幾何学的および物質的な非線形性を活用して、膨張型の繊維ベースのキリガミアクチュエーターを予測可能な機関車機能に吹き込むことができます。
これらのアクチュエーターのプログラムされた変形と摩擦への影響を徹底的に特徴づけました。
キリガミのアクチュエーターは、膨らむと方向性異方性摩擦特性を示すことがわかりました。動きの方向に対してより高い摩擦係数を持ち、粗さが異なる表面を横切って移動できるようにします。
さらに、複数のチャネルとセグメントを導入して、多用途の移動能力を備えた機能的なソフトロボットプロトタイプを作成することにより、インフレータブルキリガミアクチュエーターの機能をさらに強化しました。

要約(オリジナル)

Kirigami offers unique opportunities for guided morphing by leveraging the geometry of the cuts. This work presents inflatable kirigami crawlers created by introducing cut patterns into heat-sealable textiles to achieve locomotion upon cyclic pneumatic actuation. Inflating traditional air pouches results in symmetric bulging and contraction. In inflated kirigami actuators, the accumulated compressive forces uniformly break the symmetry, enhance contraction compared to simple air pouches by two folds, and trigger local rotation of the sealed edges that overlap and self-assemble into an architected surface with emerging scale-like features. As a result, the inflatable kirigami actuators exhibit a uniform, controlled contraction with asymmetric localized out-of-plane deformations. This process allows us to harness the geometric and material nonlinearities to imbue inflatable textile-based kirigami actuators with predictable locomotive functionalities. We thoroughly characterized the programmed deformations of these actuators and their impact on friction. We found that the kirigami actuators exhibit directional anisotropic friction properties when inflated, having higher friction coefficients against the direction of the movement, enabling them to move across surfaces with varying roughness. We further enhanced the functionality of inflatable kirigami actuators by introducing multiple channels and segments to create functional soft robotic prototypes with versatile locomotion capabilities.

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