西湖大學(xué)新研究成果，一種像折紙般伸縮的模塊化機器人

2023-08-17 19:06:05來源：OFweek機器人網(wǎng) 關(guān)鍵詞：機器人模塊化機器人閱讀量：24341

導(dǎo)讀：克雷斯林圖案是由一系列沿著相反扭曲方向的角度相交的山形和谷形折疊構(gòu)成，這種圖案可以用來創(chuàng)造出類似于自然界中看到的復(fù)雜形狀，比如蛾翅膀上的花紋或者松果上的螺旋形狀。

　　近日，西湖大學(xué)和浙江大學(xué)的研究團隊公布了一種新型的模塊化機器人，它的靈感來自折紙藝術(shù)，特別是一種叫做克雷斯林(Kresling)圖案的折疊方式，他們在《自然通訊》雜志上發(fā)表了該研究論文，介紹了這個基于全新的通用可變形模塊重新排列來創(chuàng)造不同的形狀和構(gòu)造的設(shè)計。

　　物體可以通過彎曲、扭曲和收縮伸展等方式變形，就像折紙一樣，這種方法還可以將這些變形方式進行組合和微妙的控制，從而實現(xiàn)不同的運動，模塊化機器人的設(shè)計思路正是受此啟發(fā)，它是一種可以改變自己身體構(gòu)造以適應(yīng)不同運動方式或在不同地方移動的機器人系統(tǒng)，對于在各種環(huán)境下完成任務(wù)非常有用。

　　姜漢卿教授是該研究團隊的主要成員之一，據(jù)西湖大學(xué)介紹，姜漢卿教授2001年博士畢業(yè)于清華大學(xué)力學(xué)系，2006年加入美國亞利桑那州立大學(xué)，2016年獲得正教授職位，主要從事柔性電子與軟/硬異質(zhì)性材料研究。

　　2021年6月，來自亞利桑那州立大學(xué)的姜漢卿教授及其團隊正式加盟西湖大學(xué)工學(xué)院。在加入西湖大學(xué)前不久，姜漢卿剛剛獲得美國機械工程師協(xié)會頒發(fā)的伍斯特·里德·華納獎?wù)?，得獎理由?ldquo;將硬薄膜與軟基底結(jié)合，探索了該結(jié)構(gòu)在大變形時的后屈曲特性，并將其應(yīng)用在很多領(lǐng)域”。

　　姜漢卿曾經(jīng)的導(dǎo)師是清華力學(xué)泰斗黃克智院士，原本的研究方向為固體力學(xué)的他在后來跨界研究材料學(xué)，進而提出了柔性電子技術(shù)理論，并成功制造了可折疊鋰離子電池和太陽能電池，在可折疊電子領(lǐng)域有多年的深度研究經(jīng)歷。

　　姜漢卿表示，在他們團隊之前就已經(jīng)有人試圖用克雷斯林模式來制造多模式機械臂，但都只是基于克雷斯林模式本身，所以變形受到了限制，無法靈活地扭曲和收縮。而他們的主要目標(biāo)是修改傳統(tǒng)的克雷斯林模式，創(chuàng)造出新的變形方式。

　　克雷斯林圖案是由一系列沿著相反扭曲方向的角度相交的山形和谷形折疊構(gòu)成，這種圖案可以用來創(chuàng)造出類似于自然界中看到的復(fù)雜形狀，比如蛾翅膀上的花紋或者松果上的螺旋形狀。

　　姜漢卿教授研究團隊通過模型側(cè)面單獨的氣動驅(qū)動袋，打破克雷斯林折紙圖案的能量有利變形模式，即耦合扭曲和收縮，從而添加了彎曲模式，成為了一個通用模塊。該模塊可以實現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)、收縮/伸展等三種解耦的基本運動類型，以及這三種基本類型的四種組合，總共七種不同的運動模式。

　　姜漢卿教授介紹該項目時說：“我們的雙層模塊是一個通用的可變形單元，可以通過不同的壓力方案實現(xiàn)所有可能的變形方式。這個模塊就像機器人的手臂，可以執(zhí)行各種變形方式，比如收縮、伸展、扭轉(zhuǎn)、彎曲，具體取決于控制肌肉的方式。壓力方案就像神經(jīng)，而通用模塊則充當(dāng)手臂。這種基于折紙原理的機械臂就像是一個有六個自由度的堅硬的機械臂。”

　　這些基于克雷斯林折紙的通用模塊的現(xiàn)成組裝，即使在操作過程中，也能夠?qū)崿F(xiàn)這些折紙圖案的即插即用特性，從而極大地實現(xiàn)氣動驅(qū)動機器人的功能。未來，這項工作可以為更加復(fù)雜的軟體機器人鋪平道路，這些機器人能夠更敏感地對周圍環(huán)境做出反應(yīng)。

　　據(jù)姜漢卿教授透露，下一步的研發(fā)方向?qū)⒅τ谠谧ト≥^大物體等實用項目中應(yīng)用該模塊打造的機械結(jié)構(gòu)。

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