折紙靈感的機器人

伊利諾伊大學機械科學與工程學教授和學生團隊的新研究，作為智能材料和結構的特邀論文發表，詳細介紹了折紙結構和生物靈感設計如何用于創建爬行機器人。

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，使用折紙折疊原理來構建和啟動機制和機器，以便與小型，可擴展且廉價的機器人集成以及可部署適應性結構。

Tawfick表示，他們的靈感來自于Venus Flytrap等柔軟植物的快速運動以及單鞭毛細菌的游動，這兩種細菌都利用其身體的靈活性快速捕捉，從而實現快速運動和節約能源。

“本文介紹了一種生物啟發式爬行機器人的設計，”Wissa說。“機器人使用折紙構建模塊來模仿蚯蚓的步態和同質性特性以及定向材料設計，以模仿剛剛防止向后滑動的蚯蚓的剛毛功能。”

研究人員研究了使用折紙的Kresling折痕圖案的概念，這是一個帶有多邊形底座的手性塔。這個折紙塔將其膨脹和收縮耦合到縱向和旋轉運動，類似于螺桿，并且它們使用屈曲不穩定性來實現小輸入的大行程捕捉運動。他們的設計利用由屈曲折紙塔制成的骨架作為將馬達旋轉轉換為蠕蟲機器人的快速擴張和收縮的機構，從而實現爬行步態。它可以前進并使用反復的膨脹和收縮左右轉動。

他們寫道：“從平板生產功能性和幾何復雜的3D機械系統的能力為機器人領域帶來了令人興奮的機會，可用于遠程，可自主部署的系統或低成本的集成式運動。”

他們的數學分析被認為是第一個使用虛擬折疊的概念來分析卡扣式Kresling折紙塔中的面板彎曲的類型。這種配置在能量消耗方面具有優勢，并使開環運動控制直接進行。

展望未來，此設計還可用于操縱，動臂和主動結構。

“本文介紹的工作利用了團隊在架構材料和生物機器人設計方面的專業知識，”Wissa說。“我們計劃繼續以我們的研究成果為基礎，設計，建模和測試能夠實現多種運動模式的生物激勵模塊化機器人。”