伊利諾伊大學研究人員3D列印由摺紙啟發的機器人

近日，伊利諾伊大學的研究人員3D列印了一個由摺紙啟發的爬行機器人。並將研究結果發表在最近的智能材料與結構學術雜誌上，新的創新對於機器行業的摺疊原理和生物靈感設計的重新思考具有重要的意義。

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

類似地，團隊使用材料證明此研究是激進但有效的：爬行機器人成功地將先進的3D建模和3D列印技術與古老的摺疊方法（如摺紙）相結合。結果是一個小而緊湊的機器人，不像以前曾經見過的那樣。

「我們的論文介紹了一種由生物啟發的爬行機器人的設計，」Wissa說。「機器人使用摺紙構建模塊來模擬蚯蚓的步態和同種異體性質以及定向材料設計，以模仿蚯蚓的功能，防止倒塌。」

在研究生Alexander Pagano和本科生Brian Chien的幫助下，Wissa和Tawfick利用摺紙摺疊原理來建立和啟動專門的機構和機器。整合的可能是從小型廉價機器人到可部署的自適應結構的任何事情。

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，在節約能源的同時實現快速運動。

團隊利用摺紙啟發的技術來進行創造。具體來說，伊利諾伊大學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運動的伸縮運動，這種摺紙塔類似於螺絲。該團隊決定增加屈曲不穩定性，以便從小的投入中完成蚯蚓啟發的「捕捉」動作。

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

該團隊的研究是第一個使用虛擬摺疊來分析摺疊塔中的面板彎曲的研究。因此，該設計在能量消耗方面提供了優勢，並簡化了開環運動控制。

伊利諾伊大學的研究人員寫道：「從平板生產功能和複雜幾何的3D機械系統的能力為機器人領域帶來了令人興奮的機會，可用於遠程、自主部署的系統或低成本的綜合運動。」

根據其創作者解釋，蠕蟲啟發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。相同的設計也可用於操縱、吊杆和活動結構。

展望未來，該團隊希望繼續嘗試設計，看看創新可以延伸多遠。在未來的發展中，Wissa指出：「我們計劃繼續建立我們的研究結果，以設計、建模和測試具有多種運動模式的生物靈感模塊化機器人。」

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