新型交織折紙結(jié)構(gòu)讓機(jī)器人能屈能伸
科技日?qǐng)?bào)訊（記者劉霞）韓國首爾大學(xué)科學(xué)家在最新出版的《科學(xué)·機(jī)器人》雜志發(fā)表論文，介紹了一種受折紙藝術(shù)啟發(fā)的新型結(jié)構(gòu)——“可折疊可滾動(dòng)波紋結(jié)構(gòu)”。該結(jié)構(gòu)通過引入“交織”設(shè)計(jì)理念，既能平滑卷曲折疊，實(shí)現(xiàn)極致緊湊的保存狀態(tài)，又能在完全展開后保持高強(qiáng)度與穩(wěn)定性，為制造“能屈能伸”的機(jī)器人提供了新可能。
傳統(tǒng)卷尺式結(jié)構(gòu)通過將材料卷繞在中心輪轂上實(shí)現(xiàn)緊湊收納。這類結(jié)構(gòu)在儲(chǔ)存時(shí)截面平整以便纏繞，展開時(shí)則形成波紋截面以增強(qiáng)抗彎曲能力。然而，當(dāng)傳統(tǒng)波紋結(jié)構(gòu)被折疊成多層并繞經(jīng)輪轂時(shí)，因材料厚度導(dǎo)致的內(nèi)外層周長(zhǎng)差異容易引發(fā)結(jié)構(gòu)屈曲和起皺。為此，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)通常先展開為單層平整狀態(tài)再行卷繞。隨著波紋尺寸增大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度雖得以提升，但所需卷繞寬度也隨之增加，導(dǎo)致強(qiáng)度與緊湊性之間難以兼顧。
為解決這一矛盾，團(tuán)隊(duì)將“隔行交織”原理引入波紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。新結(jié)構(gòu)通過交叉互鎖方式連接多個(gè)組件，而非采用剛性固定。這種設(shè)計(jì)既允許組件間通過滑動(dòng)重新排列，又能在互鎖方向共同承載負(fù)荷、維持形態(tài)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了多層折疊波紋結(jié)構(gòu)的平滑卷繞與緊湊收納。
除理論創(chuàng)新外，團(tuán)隊(duì)還基于這種結(jié)構(gòu)研制出僅需單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可伸縮機(jī)械臂，并展示了其在多種機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。在一款與掃地機(jī)器人尺寸相仿的移動(dòng)平臺(tái)上，加裝該機(jī)械臂的機(jī)器人在收納時(shí)保持低矮形態(tài)，展開后卻能執(zhí)行高處作業(yè)，如整理貨架物品或按下電梯按鈕。
另一項(xiàng)演示中，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出可部署移動(dòng)3D打印機(jī)器人。其底座可從一個(gè)緊湊三角柱，展開為大型四面體框架。借助這個(gè)展開的框架，機(jī)器人能夠完成高度約2.5米結(jié)構(gòu)的3D打印任務(wù)。
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