普林斯顿大学和北卡罗来纳州立大学的工程师将古代折纸技术和现代材料科学结合起来，创造出一种软体机器人，可以轻松地弯曲和扭转穿过迷宫。
软机器人的引导具有挑战性，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赵拓表示，新设计通过将转向系统直接内置于机器人体内，克服了这些问题。
在 5 月 6 日发表在《PNAS》杂志上的一篇文章中，研究人员描述了他们如何用模块化的圆柱形部件创建机器人。 这些部分可以独立运行，也可以连接起来形成一个更长的单元，都有助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编队。
作者在文章中写道：“模块化软机器人的概念可以让我们深入了解未来可以生长、修复和开发新功能的软机器人。”
赵说，机器人在移动中组装和分裂的能力使系统能够作为单个机器人或群体工作。
“每个部分都可以是一个单独的单元，它们可以相互通信并根据命令进行组装，”他说。 “它们可以轻松分离，我们使用磁铁将它们连接起来。”
赵在土木与环境工程系和普林斯顿材料研究所的 Glaucio Paulino 实验室工作。 Paulino 是玛格丽塔·恩格曼·奥古斯丁工程学教授，他创建了一系列研究，将折纸应用于从医疗设备到航空航天和建筑等广泛的工程应用。
“我们创造了一种受生物启发的即插即用软模块化折纸机器人，通过具有高度可弯曲和适应性强的加热器的电热驱动来实现，”保利诺说。 “这是一项非常有前途的技术，有可能转化为能够按需生长、治愈和适应的机器人。”
在这种情况下，研究人员首先用具有称为克雷斯林图案的折纸形式的圆柱形部分建造他们的机器人。 该图案允许每个片段扭曲成扁平的圆盘并扩展回圆柱体。 这种扭转、伸展运动是机器人爬行和改变方向能力的基础。 通过部分折叠圆柱体的一部分，研究人员可以在机器人部分中引入横向弯曲。 通过组合小弯曲，机器人在前进时改变方向。
这项工作最具挑战性的方面之一涉及开发一种机制来控制用于驱动和操纵机器人的弯曲和折叠运动。 北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了该解决方案。 他们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），并将它们沿着克雷斯林图案的折痕组合成细条。 研究人员还在每个折叠处安装了一个由银Nano线网络制成的薄可拉伸加热器。 Nano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折叠。 通过校准电流和控制条所用的材料，研究人员可以精确控制折叠和弯曲，以驱动机器人的运动和转向。
“银Nano线是制造可拉伸导体的优异材料。可拉伸导体是各种可拉伸电子设备（包括可拉伸加热器）的构建模块。在这里，我们使用可拉伸加热器作为弯曲和折叠运动的驱动机构”，朱勇说， Andrew A. Adams 北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系杰出教授，首席研究员之一。
朱实验室的博士后研究员吴爽表示，该实验室之前的工作是使用可拉伸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、锐利的折叠来驱动折纸图案。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（有折痕），”吴说。
研究人员表示，当前版本的机器人速度有限，他们正在努力提高后代的运动能力。
赵说，研究人员还计划尝试不同的形状、图案和不稳定性，以提高速度和转向。 该研究的部分支持由美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院提供。
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