盖世汽车讯 据外媒报道，将古老的折纸和现代材料科学结合在一起，普林斯顿大学（Princeton University）和北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）的工程师开发出柔软的机器人，可以轻松地在迷宫中弯曲和扭转。

（图片来源：普林斯顿大学）

引导软机器人具有挑战性，因为转向设备通常会增加机器人的刚性，并降低其灵活性。普林斯顿大学博士后研究员Tuo Zhao表示，新设计将转向系统直接内置于机器人体内，从而克服了这些问题。

研究人员描述了他们如何用模块化的圆柱形分段来创建机器人。这些分段部分可以独立运行，也可以连接起来形成更长的单元，均有利于机器人的移动和转向能力。新系统允许灵活的机器人向前和向后爬行、拾取货物并组装成更长的队形。研究人员表示：“这种模块化软机器人的概念，可以为未来创建能够生长、修复和开发新功能的软机器人提供独特的见解。”

这种机器人具有在移动过程中组装和分裂的能力，因此该系统可以作为单个机器人或群体工作。“每个部分都可以是单独的单元，它们可以相互通信并根据命令进行组装。它们可以轻松分离，而我们使用磁铁将它们连接起来。”

Zhao在土木与环境工程系和普林斯顿材料研究所（Princeton Materials Institute）Glaucio Paulino的实验室工作。Paulino创建了一个研究机构，将折纸工艺用于医疗设备、航空航天和建筑等广泛的工程应用。Paulino教授表示：“我们创造了一种由生物启发的即插即用软模块化折纸工艺机器人，它由具有高度可弯曲和适应性强的加热器进行电热驱动。这是一项富有前景的技术，有潜力转化为可以根据需求生长、愈合和适应的机器人。”

在这种情况下，研究人员开始用具有折纸形式（称为Kresling构型）的圆柱形分段来构建机器人。这种构型允许每个部分扭曲成扁平的圆盘，并重新扩展成为圆柱体。基于扭曲、扩张的运动，机器人可以爬行和改变方向。通过部分折叠圆柱体的一部分，研究人员可以在机器人分段中引入横向弯曲。通过组合小弯管，机器人可以在前进的过程中改变方向。

这项工作的最大挑战之一是开发一种机制来控制弯曲和折叠运动，以用于驱动和引导机器人。北卡罗来纳州立大学的研究人员开发出相关解决方案。研究人员使用了两种在加热时收缩或膨胀不同的材料（液晶弹性体和聚酰亚胺），并将它们沿着Kresling构型的折痕组合成细条。研究人员还沿着每个折叠处安装由银纳米线网状物制成的薄型可拉伸加热器。纳米线加热器上的电流加热控制条，两种材料的不同膨胀导致控制条产生褶皱。通过校准电流和控制条中使用的材料，研究人员可以精确地控制折叠和弯曲，以驱动机器人的运动和转向。

北卡罗来纳州机械和航空航天工程系研究人员Yong Zhu表示：“银纳米线是制造可拉伸导体的极佳材料，而可伸缩导体是各种可伸缩电子设备（包括可伸缩加热器）的构建模块。在这项研究中，我们使用可伸缩加热器作为弯曲和折叠运动的驱动机制。”

博士后研究员Shuang Wu表示，该实验室之前使用可伸缩加热器来连续弯曲双层结构。“在这项工作中，我们实现了局部化、锐利的折叠方式，以驱动折纸构型。这种有效的驱动方法通常可以应用于软机器人的折纸结构（带折痕）。

鉴于目前版本的机器人速度有限，研究人员致力于提高未来几代机器人的运动能力。此外，研究人员还计划对不同的形状、构型和不稳定性进行实验，以提高速度和转向性能。