論文の概要: Programmable Deformation Design of Porous Soft Actuator through Volumetric-Pattern-Induced Anisotropy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.12320v1
- Date: Sat, 13 Dec 2025 13:17:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.3283
- Title: Programmable Deformation Design of Porous Soft Actuator through Volumetric-Pattern-Induced Anisotropy
- Title（参考訳）: 体積パタン誘起異方性による多孔質軟質アクチュエータのプログラム可能な変形設計
- Authors: Canqi Meng, Weibang Bai,
- Abstract要約: 多孔質発泡体に特定のパターンを集中させることにより、プログラム可能な変形を有する軟質多孔質アクチュエータを実現するための新しい設計法を提案する。
我々の研究は、多機能な多孔質ロボットの設計のための、新しい、効率的でスケーラブルなパラダイムを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3464152928754487
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Conventional soft pneumatic actuators, typically based on hollow elastomeric chambers, often suffer from small structural support and require costly geometry-specific redesigns for multimodal functionality. Porous materials such as foam, filled into chambers, can provide structural stability for the actuators. However, methods to achieve programmable deformation by tailoring the porous body itself remain underexplored. In this paper, a novel design method is presented to realize soft porous actuators with programmable deformation by incising specific patterns into the porous foam body. This approach introduces localized structural anisotropy of the foam guiding the material's deformation under a global vacuum input. Furthermore, three fundamental patterns on a cylindrical foam substrate are discussed: transverse for bending, longitudinal for tilting, and diagonal for twisting. A computational model is built with Finite Element Analysis (FEA), to investigate the mechanism of the incision-patterning method. Experiments demonstrate that with a potential optimal design of the pattern array number N, actuators can achieve bending up to $80^{\circ}$ (N=2), tilting of $18^{\circ}$ (N=1), and twisting of $115^{\circ}$ (N=8). The versatility of our approach is demonstrated via pattern transferability, scalability, and mold-less rapid prototyping of complex designs. As a comprehensive application, we translate the human hand crease map into a functional incision pattern, creating a bio-inspired soft robot hand capable of human-like adaptive grasping. Our work provides a new, efficient, and scalable paradigm for the design of multi-functional soft porous robots.
- Abstract（参考訳）: 従来の軟式空気圧アクチュエータは、通常中空のエラストマーチャンバーをベースとしており、しばしば小さな構造的支持に悩まされ、多モード機能のためのコストのかかる幾何学的な再設計を必要とする。
チャンバーに充填された泡のような多孔質材料はアクチュエータの構造安定性を提供する。
しかし、多孔体自体を調整してプログラム可能な変形を実現する方法はまだ未検討のままである。
本稿では, 多孔質発泡体に特定のパターンを集中させることにより, プログラム可能な変形を有する軟質多孔質アクチュエータを実現するための新しい設計法を提案する。
提案手法では, 大域真空入力下での材料変形を誘導する発泡体の局所構造異方性を導入する。
さらに, 円筒状発泡体基板上の3つの基本パターン, 曲げ加工用横方向, 傾き加工用縦方向, ねじり加工用斜めについて考察した。
有限要素解析 (FEA) を用いて計算モデルを構築し, 切開パターンのメカニズムを解明する。
実験により、パターン配列番号 N の潜在的最適設計により、アクチュエータは最大で80^{\circ}$ (N=2)、傾きは18^{\circ}$ (N=1)、ひねりは115^{\circ}$ (N=8)に達することが示されている。
提案手法の汎用性は, パターン伝達性, 拡張性, および複合設計のモールドレスラピッドプロトタイピングによって実証される。
包括的応用として,人間の手ブレスマップを機能的切開パターンに変換し,人間のように適応的に把握できるバイオインスパイアされたソフトロボットハンドを作成する。
我々の研究は、多機能な多孔質ロボットの設計のための、新しい、効率的でスケーラブルなパラダイムを提供する。
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