曲面折纸原理让机器人如虎添翼学术资讯

一项采用曲面折纸结构的最新研究成果将对机器人技术发展产生重大影响。这种结构可提供可调柔性（根据不同功能调节刚度）。一直以来，这种效果都很难通过简单的设计实现。

美国亚利桑那州立大学机械工程教授Hanqing Jiang（第一作者）在《科学进展》上发表了一篇研究论文。他介绍道：“将弯曲的折纸结构融入机器人设计有助于调节机器人的柔性或刚度……高柔性，也就是低刚度，可与猫的软着陆状态相媲美；低柔性，也就是高刚度，则类似于穿着硬靴子跳在地面时的硬着陆。弯曲折纸不仅可以增加机器人动作的力量，还可以使机器人的动作像猫一样灵活。”

Jiang将曲面折纸的应用比喻为赛车及普通车辆在运作层面上的差异。赛车驾驶者期待感受赛道的“刚性”，普通车辆驾驶者则想减轻震动，获得舒适的驾驶体验。他解释道：“类似于在运动型汽车模式和舒适乘车模式之间进行切换，这些曲面折纸结构能让机器人根据与环境的互动状况在软、硬两种模式之间按需切换。”

机器人的运作需要不同刚度，比如：举重需要高刚度，吸收冲力需要高柔性，而短跑则需要负刚度。一般来说，可调刚度的结构是庞大的，而弯曲折纸结构在保证结构紧凑性的同时也扩大了可调刚度范围。Jiang及其团队研究的结构将折纸折痕处的折叠能量与面板弯曲结合，通过切换不同折痕实现刚度调整。弯曲折纸能够帮助机器人能够完成各式各样的动作，比如：该团队开发的气动游泳机器人可以完成9种不同的动作，包括快速、中速、慢速、线性和旋转运动，而完成这些只需简单地调整折痕。

除了应用于机器人技术，曲面折纸的研究原理也适用于电磁学、汽车工程、航空航天及生物医学等领域的超材料设计。

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编译：朱明逸

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《科学进展》

期刊编号：2375-2548

原文链接：

https://techxplore.com/news/2020-11-origami-range-stiffness-to-flexibility-robots.html