首爾國(guó)立大學(xué)的研究人員最近開(kāi)發(fā)了一種緊湊，輕巧的折紙結(jié)構(gòu)，其靈感來(lái)自瓢蟲(chóng)。在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上發(fā)表的一篇論文中，他們展示了如何使用這種結(jié)構(gòu)來(lái)建造有翼的滑翔機(jī)器人。跳滑運(yùn)動(dòng)是一種結(jié)合了滑行和跳躍運(yùn)動(dòng)的特殊運(yùn)動(dòng)風(fēng)格。

“我們的目標(biāo)是為跳滑機(jī)器人開(kāi)發(fā)機(jī)翼，”軟機(jī)器人研究中心主任，這項(xiàng)研究的首席研究員趙久進(jìn)告訴TechXplore。“跳躍式滑行運(yùn)動(dòng)可以提高機(jī)器人的能源效率和行進(jìn)距離。為此，機(jī)翼應(yīng)在空氣動(dòng)力的作用下可折疊，迅速展開(kāi)且具有彈性。”

在過(guò)去的研究中，大多數(shù)研發(fā)跳滑機(jī)器人的研究人員都采用了設(shè)計(jì)策略，即在機(jī)器人機(jī)翼上增加連桿，彈簧和致動(dòng)器。但是，這些技術(shù)往往會(huì)使機(jī)器人特別笨重，從而阻礙了機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)性能。

Cho和他的同事們著手開(kāi)發(fā)一種跳滑機(jī)器人的設(shè)計(jì)策略，該策略從自然界，尤其是從瓢蟲(chóng)甲蟲(chóng)中汲取靈感。瓢蟲(chóng)可以在0.1秒內(nèi)迅速展開(kāi)復(fù)雜折疊的翅膀;比眨眼短的時(shí)間。

此外，眾所周知，瓢蟲(chóng)的翅膀具有很高的強(qiáng)度和堅(jiān)固性，可以防止它們?cè)诟哳l率拍打時(shí)折疊或屈曲。Cho和他的同事們希望創(chuàng)建一種人造結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量類似于瓢蟲(chóng)的機(jī)翼，可以快速高效地部署為機(jī)翼。

該研究的第一作者Sang-Min Baek解釋說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)了一種新穎的折紙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在大力量下可以快速自我部署并具有彈性。”“然后，我們將這種新穎的折紙結(jié)構(gòu)應(yīng)用于可部署機(jī)翼模塊的機(jī)翼框架。基于此可部署機(jī)翼模塊，我們能夠構(gòu)建具有輕巧，可折疊但堅(jiān)固的機(jī)翼的滑行機(jī)器人。”

瓢蟲(chóng)的翅膀既容易展開(kāi)又能抵抗的原因是它們圍繞著獨(dú)特形狀的帶狀彈簧狀靜脈而建。當(dāng)瓢蟲(chóng)的翅膀折疊時(shí)，這種帶狀彈簧狀的靜脈會(huì)變形，從而將彈性能量存儲(chǔ)在其中。這種存儲(chǔ)的能量最終使機(jī)翼能夠快速，輕松地展開(kāi)。

Baek解釋說(shuō)：“由于帶狀彈簧狀靜脈的橫截面彎曲，機(jī)翼在較大的空氣動(dòng)力作用下也很結(jié)實(shí)，就像卷尺保持其筆直的形狀一樣。”“我們將其幾何形狀和順應(yīng)性應(yīng)用于折紙結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。因此，折紙結(jié)構(gòu)無(wú)需任何其他組件即可獲得能量存儲(chǔ)和自鎖功能。”

傳統(tǒng)上，折紙結(jié)構(gòu)是由平坦且剛性的小面組成，并具有高度靈活的折疊線。然而，在機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用中，這些常規(guī)結(jié)構(gòu)往往在能量存儲(chǔ)和鎖定能力方面存在局限性。因此，Cho和他的同事決定采用一種不同的折紙方法，該方法需要將彎曲的幾何形狀整合到各個(gè)小平面中，基本上將每個(gè)小平面都視為可變形元素。

Cho說(shuō)：“使用這種方法，折紙結(jié)構(gòu)無(wú)需任何其他組件即可獲得能量存儲(chǔ)和鎖定能力。”“此外，這種折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法可以輕松地應(yīng)用于常規(guī)的折紙結(jié)構(gòu)制造過(guò)程。因此，我們的折紙?jiān)O(shè)計(jì)方法(我們稱為順應(yīng)性折紙)可以輕松地應(yīng)用于多種可部署系統(tǒng)。”

到目前為止，Cho和他的同事在單個(gè)跳滑機(jī)器人上應(yīng)用并測(cè)試了基于折紙的結(jié)構(gòu)，但是在將來(lái)，它可以用于創(chuàng)建其他幾個(gè)機(jī)器人。此外，他們的研究更多地關(guān)注折紙結(jié)構(gòu)本身，而不是最終的機(jī)器人。因此，在接下來(lái)的研究中，研究人員計(jì)劃研究他們使用折紙結(jié)構(gòu)建造的跳滑機(jī)器人的性能和功能。

Cho說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)的多模式機(jī)器人可以結(jié)合跳躍，爬行，滑行，拍打和棲息等功能來(lái)克服各種崎rough地形。”“自然界使用功能組合來(lái)產(chǎn)生這些運(yùn)動(dòng)，但是當(dāng)前的機(jī)器人只專注于單一功能。通過(guò)開(kāi)發(fā)適合于組合多種功能的新組件，未來(lái)的機(jī)器人可以具有多模式功能，而無(wú)需增加復(fù)雜性或重量的機(jī)器人“。