機器人科學家們一直在使用一種類似于古代折紙藝術(shù)的技術(shù)，用薄而靈活的紙張開發(fā)自主機器。這些輕型機器人制造更簡單、更便宜，而且更緊湊，更容易儲存和運輸。然而，傳統(tǒng)上實現(xiàn)先進機器人功能所需的剛性計算機芯片——傳感、分析和響應(yīng)環(huán)境，這增加了薄板材料的額外重量，使其更難折疊。因此，必須在機器人形成最終形狀后添加基于半導體的組件。

 

　　現(xiàn)在，由美國科學家領(lǐng)導的一個多學科團隊為完全可折疊機器人創(chuàng)造了一種新的制造技術(shù)，該技術(shù)可以在不依賴半導體的情況下執(zhí)行各種復雜機器人。一項詳細介紹研究結(jié)果的研究發(fā)表在《自然通訊》上（“基于折紙的感知、決策和響應(yīng)機器人集成”）。

 

　　通過將柔性導電材料嵌入預先切割的聚酯薄膜中，研究人員創(chuàng)建了一個信息處理單元或晶體管系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以與傳感器和致動器集成。然后，他們用模擬半導體的簡單計算機模擬功能對片材進行編程。一旦切割、折疊和組裝，片材就變成了一個自主機器人，可以精確地感知、分析和響應(yīng)環(huán)境。研究人員將他們的機器人命名為“折紙機械”，折紙機械機器人的縮寫。

 

　　科學家們解釋說：“這項工作帶來了一類新的折紙機器人，它具有更大的能力和自主性，同時保持了與折紙折疊制造相關(guān)的有利屬性。”這種折紙機器人的計算能力來自于由折疊和編程的布爾邏輯命令（如“與”、“或”和“非”）創(chuàng)建的機械折紙多路開關(guān)的組合。這些開關(guān)啟用了一種機制，可以根據(jù)輸入系統(tǒng)的可變壓力和熱量選擇性地輸出電信號。

 

　　使用新方法，該團隊已經(jīng)建造了三個機器人來展示該系統(tǒng)的潛力：

 

　　一種類似昆蟲的行走機器人，當它的任一觸角感應(yīng)到障礙物時，它會反轉(zhuǎn)方向

 

　　一種類似捕蠅草的機器人，當它的兩個下頜傳感器都檢測到物體時，它會包圍“獵物”

 

　　一種可重新編程的兩輪機器人，可以沿著預先設(shè)計的不同幾何圖案的路徑移動

 

　　雖然機器人被拴在電源上進行演示，但研究人員表示，長期目標是為自主折紙機器人配備一個由薄膜鋰電池供電的嵌入式儲能系統(tǒng)。無芯片設(shè)計可能會使機器人能夠在極端環(huán)境中工作——強輻射或磁場，以及具有強烈射頻信號或高靜電放電的地方——在這些環(huán)境中，傳統(tǒng)的基于半導體的電子設(shè)備可能無法工作。

 

　　“這些類型的危險或不可預測的場景，例如在自然或人為災(zāi)難期間，是折紙機器人被證明特別有用的地方。”“雖然只有目前來看功能較為單一，但是這些機器人可以根據(jù)需要非?？焖俚脑O(shè)計和制造。此外，雖然距離這里很遠，但在其他星球上的環(huán)境中，不受這些場景影響的探險家機器人可能是非常理想的。”通過這種靈活的切割和折疊技術(shù)制造的預裝配機器人可以用扁平包裝運輸，從而節(jié)省大量空間。這在太空任務(wù)等場景中很重要，因為每立方毫米都很重要。低成本、輕量化、制造簡單的機器人也可能帶來創(chuàng)新的教育工具或新型玩具和游戲。