折纸结构实现机器人可调节刚度

亚利桑那州立大学的最新研究表明，弯曲的折纸结构可以实现机器人可调节的柔韧性。可调节的柔韧性使机器人能够根据任务需求调整其刚度，这在过去一直是简单设计难以实现的。

韩庆江是该大学机械工程教授，也是论文《原位刚度操控使用优雅的弯曲折纸》的首席作者。该研究发表在《科学进展》杂志上。

“将弯曲折纸结构融入机器人设计中，为可调节柔韧性提供了一个显著的可能性，”江说。“高柔韧性或低刚度类似于猫的软着陆。低柔韧性或高刚度类似于穿着僵硬的靴子执行硬跳跃。”

操作差异

江将弯曲折纸结构的操作差异与运动型汽车和舒适型汽车进行了比较。

“类似于切换运动型汽车模式到舒适驾驶模式，这些弯曲折纸结构将同时提供一种能力，在机器人与环境交互时根据需要在软模式和硬模式之间切换，”他说。

在机器人领域，有不同的刚度模式，例如高刚度，对于举重至关重要。高柔韧性对于冲击吸收至关重要，负刚度，即释放存储的能量，如弹簧，是用于短跑的。

按需柔韧性

对于需要刚度的机器人，它们通常体积庞大。然而，弯曲折纸允许它们在扩展的刚度范围内运行，这意味着按需柔韧性。

该团队的研究重点是将折纸折痕的折叠能量与面板弯曲相结合，通过在两个点之间移动多个折痕来调整面板弯曲。使用弯曲折纸，单个机器人可以执行各种动作。例如，团队开发了一款游泳机器人，具有九种不同的动作，例如快速、慢速、中速、线性和旋转。为了实现这些动作，只需调整折痕即可。

除了机器人领域外，该研究中概述的原理还可以帮助设计电磁、汽车和航空航天行业的机械超材料。它还可以在生物医学设备的创建中发挥作用。

“这项工作的美妙之处在于，弯曲折痕的设计，每个弯曲折痕对应一种特定的柔韧性，”江说。

其他贡献作者包括韩庆江、翟子睿和吴玲玲，他们都来自工程学院。