折纸灵感的机器人

伊利诺伊大学机械科学与工程学教授和学生团队的新研究，作为智能材料和结构的特邀论文发表，详细介绍了折纸结构和生物灵感设计如何用于创建爬行机器人。

助理教授Aimy Wissa和Sameh Tawfick，以及研究生Alexander Pagano和本科生Tongxi Yan，以及Brian Chien，使用折纸折叠原理来构建和启动机制和机器，以便与小型，可扩展且廉价的机器人集成以及可部署适应性结构。

Tawfick表示，他们的灵感来自于Venus Flytrap等柔软植物的快速运动以及单鞭毛细菌的游动，这两种细菌都利用其身体的灵活性快速捕捉，从而实现快速运动和节约能源。

“本文介绍了一种生物启发式爬行机器人的设计，”Wissa说。“机器人使用折纸构建模块来模仿蚯蚓的步态和同质性特性以及定向材料设计，以模仿刚刚防止向后滑动的蚯蚓的刚毛功能。”

研究人员研究了使用折纸的Kresling折痕图案的概念，这是一个带有多边形底座的手性塔。这个折纸塔将其膨胀和收缩耦合到纵向和旋转运动，类似于螺杆，并且它们使用屈曲不稳定性来实现小输入的大行程捕捉运动。他们的设计利用由屈曲折纸塔制成的骨架作为将马达旋转转换为蠕虫机器人的快速扩张和收缩的机构，从而实现爬行步态。它可以前进并使用反复的膨胀和收缩左右转动。

他们写道：“从平板生产功能性和几何复杂的3D机械系统的能力为机器人领域带来了令人兴奋的机会，可用于远程，可自主部署的系统或低成本的集成式运动。”

他们的数学分析被认为是第一个使用虚拟折叠的概念来分析卡扣式Kresling折纸塔中的面板弯曲的类型。这种配置在能量消耗方面具有优势，并使开环运动控制直接进行。

展望未来，此设计还可用于操纵，动臂和主动结构。

“本文介绍的工作利用了团队在架构材料和生物机器人设计方面的专业知识，”Wissa说。“我们计划继续以我们的研究成果为基础，设计，建模和测试能够实现多种运动模式的生物激励模块化机器人。”