首爾國立大學的研究人員最近開發(fā)了一種緊湊而輕巧的折紙結(jié)構(gòu)，其靈感來自于瓢蟲。在《科學機器人》雜志上發(fā)表的一篇論文中，他們展示了如何利用這種結(jié)構(gòu)來建造一個有翅膀的跳躍滑翔機器人。跳躍-滑翔是一種特殊的運動方式，它結(jié)合了滑翔和跳躍運動。
此外，眾所周知，瓢蟲的翅膀具有很強的抵抗力和堅固性，這可以防止它們在高頻率拍打時折疊或彎曲。Cho和他的同事們希望創(chuàng)造出一種具有類似于瓢蟲翅膀的人造結(jié)構(gòu)翅膀，能快速又高效地展開。
"我們的目標是開發(fā)出一種跳躍滑翔機器人的機翼，"軟體機器人研究中心主任兼該研究的首席研究員Kyu-Jin Cho說。"跳躍式滑翔運動可以提高機器人的能源效率和行駛距離。要做到這一點，機翼應該是可折疊的、可快速展開的、在空氣動力作用下有彈性的。"
在過去的研究中，大多數(shù)研究人員在開發(fā)跳躍滑翔機器人時，采用的設計策略是在機器人的機翼上加裝聯(lián)動裝置、彈簧和執(zhí)行器。然而，這些技術(shù)往往會使機器人變得特別笨重，阻礙了機器人的整體運動性能。
Cho和他的同事們從自然界中汲取靈感，更具體地說，是從瓢蟲甲殼蟲中汲取靈感，開發(fā)出了一種跳躍滑翔機器人的設計策略。瓢蟲可以在0.1秒內(nèi)迅速展開其復雜折疊的翅膀；這個時間比眨眼的時間還短。
此外，眾所周知，瓢蟲的翅膀具有很強的抵抗力和堅固性，這可以防止它們在高頻率拍打時折疊或彎曲。Cho和他的同事們希望創(chuàng)造出一種具有類似于瓢蟲翅膀的人造結(jié)構(gòu)翅膀，能快速又高效地展開。
"我們開發(fā)出了一種新型的折紙結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以快速自我展開，并且具有彈性。"該研究的第一作者Sang-Min Baek解釋說。"然后，我們將這種新型的折紙結(jié)構(gòu)應用到了可展開式機翼模塊的翼架上?；谶@種可展開翼模塊，我們能夠建造出一個輕巧、可折疊但堅固的跳躍滑翔機器人。"
瓢蟲的翅膀之所以既容易展開，抵抗力又強，是因為它們的翅膀是圍繞著一個獨特的膠帶彈簧狀的脈絡構(gòu)建的。當瓢蟲折疊翅膀時，這條膠帶彈簧狀的脈絡會變形，讓彈性能量儲存在里面。這種儲存的能量最終使翅膀能夠快速、輕松地展開。
"由于帶狀彈簧形靜脈的橫截面曲率，機翼在較大的空氣動力作用下也很堅固，就像卷尺維持其伸直的形狀一樣，"Baek解釋道。"我們將其幾何形狀和順應性應用到折紙結(jié)構(gòu)的切面上。因此，折紙結(jié)構(gòu)獲得了能量儲存和自鎖能力，而不需要任何額外的組件。"
傳統(tǒng)折紙結(jié)構(gòu)是由平坦且剛性的小面組成，并具有高度靈活的折疊線。但在機器人應用中，這些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)往往在能量儲存和鎖定能力方面存在局限性。因此，Cho和他的同事們決定采用一種不同的折紙方法，將弧形幾何圖形整合到各個小平面中，本質(zhì)上將每個小平面視為一個可變形的元素。
"使用這種方法，折紙結(jié)構(gòu)獲得了能量儲存和鎖定能力，而不需要任何額外的組件，"Cho說。"此外，這種折紙設計方法可以很容易地應用到傳統(tǒng)的折紙結(jié)構(gòu)制造過程中。因此，我們的折紙設計方法，也就是我們所說的順應性折紙，可以很容易地應用于各種可部署的系統(tǒng)。"
到目前為止，Cho和他的同事們將他們基于折紙的結(jié)構(gòu)在一個單一的跳躍滑翔機器人上進行了應用和測試，但在未來，它可以用于制造其他類型機器人。此外，他們的研究更多地關注于折紙結(jié)構(gòu)本身，而不是機器人。因此，在接下來的研究中，研究人員計劃對他們使用折紙結(jié)構(gòu)建造的跳傘機器人的性能和能力進行研究。
"我們開發(fā)的多模式機器人可以通過結(jié)合跳躍、爬行、滑行、滑翔、拍打和棲息等功能，克服各種崎嶇的地形，"Cho說。"自然界利用功能組合來產(chǎn)生這些動作，但目前的機器人都集中在單一功能上。通過開發(fā)出適合組合多種功能的新部件，未來的機器人可以擁有多模式的功能，而不需要增加機器人的復雜性或重量。"
