近日，伊利諾伊大學(xué)的研究人員3D打印了一個(gè)由折紙啟發(fā)的爬行機(jī)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(duì)于機(jī)器行業(yè)的折疊原理和生物靈感設(shè)計(jì)的重新思考具有重要的意義。

雖然由生物靈感創(chuàng)造的機(jī)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(lái)看待這個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械和科學(xué)工程助理教授Aimy Wissa和Sameh Tawfick不是創(chuàng)造一個(gè)模仿人類行為的機(jī)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(tuán)隊(duì)使用材料證明此研究是激進(jìn)但有效的：爬行機(jī)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(gè)小而緊湊的機(jī)器人，不像以前曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)的那樣。

“我們的論文介紹了一種由生物啟發(fā)的爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)，”Wissa說(shuō)。“機(jī)器人使用折紙構(gòu)建模塊來(lái)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(jì)，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(lái)建立和啟動(dòng)專門的機(jī)構(gòu)和機(jī)器。整合的可能是從小型廉價(jià)機(jī)器人到可部署的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的任何事情。

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

團(tuán)隊(duì)利用折紙啟發(fā)的技術(shù)來(lái)進(jìn)行創(chuàng)造。具體來(lái)說(shuō)，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(gè)具有多邊形底座的手征（或不對(duì)稱）塔。通過(guò)連接縱向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的伸縮運(yùn)動(dòng)，這種折紙塔類似于螺絲。該團(tuán)隊(duì)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(dòng)作。

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

該團(tuán)隊(duì)的研究是第一個(gè)使用虛擬折疊來(lái)分析折疊塔中的面板彎曲的研究。因此，該設(shè)計(jì)在能量消耗方面提供了優(yōu)勢(shì)，并簡(jiǎn)化了開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制。

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

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

展望未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)希望繼續(xù)嘗試設(shè)計(jì)，看看創(chuàng)新可以延伸多遠(yuǎn)。在未來(lái)的發(fā)展中，Wissa指出：“我們計(jì)劃繼續(xù)建立我們的研究結(jié)果，以設(shè)計(jì)、建模和測(cè)試具有多種運(yùn)動(dòng)模式的生物靈感模塊化機(jī)器人?！?/span>

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來(lái)源：3D虎