近日，伊利諾伊大學(xué)的研究人員3D打印了一個由折紙啟發(fā)的爬行機器人。并將研究結(jié)果發(fā)表在最近的智能材料與結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)雜志上，新的創(chuàng)新對于機器行業(yè)的折疊原理和生物靈感設(shè)計的重新思考具有重要的意義。

雖然由生物靈感創(chuàng)造的機器人并不是什么新鮮事物，但伊利諾伊州的研究人員從全新的角度來看待這個領(lǐng)域。機械和科學(xué)工程助理教授Aimy Wissa和Sameh Tawfick不是創(chuàng)造一個模仿人類行為的機器人，而是從經(jīng)常被忽視的生命形式（如蚯蚓、細(xì)菌和金星蠅皮）吸取靈感。

類似地，團隊使用材料證明此研究是激進(jìn)但有效的：爬行機器人成功地將先進(jìn)的3D建模和3D打印技術(shù)與古老的折疊方法（如折紙）相結(jié)合。結(jié)果是一個小而緊湊的機器人，不像以前曾經(jīng)見過的那樣。

“我們的論文介紹了一種由生物啟發(fā)的爬行機器人的設(shè)計，”Wissa說。“機器人使用折紙構(gòu)建模塊來模擬蚯蚓的步態(tài)和同種異體性質(zhì)以及定向材料設(shè)計，以模仿蚯蚓的功能，防止倒塌?！?/span>

在研究生Alexander Pagano和本科生Brian Chien的幫助下，Wissa和Tawfick利用折紙折疊原理來建立和啟動專門的機構(gòu)和機器。整合的可能是從小型廉價機器人到可部署的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的任何事情。

Tawfick解釋說，主要的靈感來自軟體植物，如金星蠅捕捉的快速運動以及單鞭毛細(xì)菌的游泳運動。這兩種類型的生物體都使用其身體的極大靈活性來快速捕捉，在節(jié)約能源的同時實現(xiàn)快速運動。

團隊利用折紙啟發(fā)的技術(shù)來進(jìn)行創(chuàng)造。具體來說，伊利諾伊大學(xué)的研究人員探索了克拉斯林皺紋圖案的概念，一個具有多邊形底座的手征（或不對稱）塔。通過連接縱向和旋轉(zhuǎn)運動的伸縮運動，這種折紙塔類似于螺絲。該團隊決定增加屈曲不穩(wěn)定性，以便從小的投入中完成蚯蚓啟發(fā)的“捕捉”動作。

這種電機旋轉(zhuǎn)，以及快速的膨脹和收縮，使機器人具有蠕蟲般的爬行步態(tài)。折紙-3D打印小工具可以直線向前移動，以及左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，一般按照預(yù)定的路徑滑動。

該團隊的研究是第一個使用虛擬折疊來分析折疊塔中的面板彎曲的研究。因此，該設(shè)計在能量消耗方面提供了優(yōu)勢，并簡化了開環(huán)運動控制。

伊利諾伊大學(xué)的研究人員寫道：“從平板生產(chǎn)功能和復(fù)雜幾何的3D機械系統(tǒng)的能力為機器人領(lǐng)域帶來了令人興奮的機會，可用于遠(yuǎn)程、自主部署的系統(tǒng)或低成本的綜合運動?！?/span>

根據(jù)其創(chuàng)作者解釋，蠕蟲啟發(fā)的機器人還為在機器中使用新型材料組合和圖案打開了巨大的可能性。相同的設(shè)計也可用于操縱、吊桿和活動結(jié)構(gòu)。

展望未來，該團隊希望繼續(xù)嘗試設(shè)計，看看創(chuàng)新可以延伸多遠(yuǎn)。在未來的發(fā)展中，Wissa指出：“我們計劃繼續(xù)建立我們的研究結(jié)果，以設(shè)計、建模和測試具有多種運動模式的生物靈感模塊化機器人?！?/span>

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來源：3D虎