鹈鹕鳗启发的机器人建筑折纸展开和皮肤拉伸机制林雨婷

鹈鹕鳗启发的机器人建筑：折纸展开和皮肤拉伸机制

人工智能和机器人体系结构通常受到自然界中人类和动物中存在的模式的启发。通过多种变形机制，例如化学溶胀，皮肤拉伸或折纸变形，已在机器人中复制了在动物中观察到的运动模式。

韩国首尔国立大学软机器人研究中心和葡萄牙的雷比科夫-尼格勒基金会的研究人员最近开发了一种机器人结构，其结构灵感来自于生活在深海中的鱼类鹈鹕鳗在《科学机器人》杂志上发表的一篇论文中介绍了他们的建筑，这是受动物或自然现象启发的一系列设计中的最新设计之一。

“在过去的几年中，我们一直致力于在几个仿生机器人，包括水黾启发水跳跃机器人发表在科学，以及折纸灵感的变形机器人和机器人软，” Kyujin卓教授，研究的通讯作者和首席研究员告诉TechXplore。“我们对可拉伸折纸的研究可以被视为我们以前作品的结合。”

在研究鹈鹕鳗鱼如何膨胀嘴巴时，Cho和他的同事们假设可以使用折纸展开和软性皮肤拉伸技术的组合在机器人中复制这种行为。这激发了他们设计由可拉伸和柔软的材料制成的基于折纸的架构，从而使机器人的形状发生实质性的变化。

到目前为止，大多数研究团队已经使用软材料或基于折纸的设计开发了机器人。软机器人与基于折纸的架构之间的主要区别在于，前者通过拉伸皮肤来改变形状，而后者则通过展开折痕来改变形状，就像日本的折纸艺术一样。

当试图吃猎物时，鹈鹕鳗鱼会表现出独特的运动，包括展开折痕和使嘴膨胀。在他们的研究中，Cho及其同事着手将折纸启发的技术与软材料的使用相结合，从而在机器人体系结构中复制这种行为。

该研究的第一作者，机器人体系结构的主要设计师Woongbae Kim解释说：“我们的可拉伸折纸完全由可拉伸材料制成，因此体现了展开和拉伸的变形模式。” “与其他复制了整体形状改变机制的受生物启发的体系结构相比，双重变形原理可以通过两种不同的功能运动实现极端的形状变形。”

双变形鹈鹕鳗鱼折纸机器人。图片来源：Kim等，科学。机器人。4，eaay3493

在Kim和他的同事提出的体系结构中，柔软的人造皮肤的流体路径被一组可拉伸的折纸单元围住并引导，该单元可模仿鹈鹕鳗鱼使嘴膨胀的机制。流体压力指向机器人的身体最初展开的方向，这导致运动非常类似于鹈鹕鳗的运动。

研究人员能够从受鹈鹕启发的机器人设计中开发出基本的双变形单元，该单元可以用作各种折纸设计的基本单元。他们发现，最终的机器人可以执行多种行为，包括抓地，爬行和水下运动。

乔说：“我们的研究为软机器人提供了一种新的设计策略，使之最初紧凑而扁平，但是可以部署成执行任务，然后自动折叠。” “我们认为，未来将以紧凑和便携式的形式开发软机器人，以便人们可以在日常生活中轻松使用它们。”

自然界中的鹈鹕鳗与鹈鹕鳗启发的机器人生物的比较。图片来源：Kim等，科学。机器人。4，eaay3493

将来，金和他的同事们提出的独特的基于折纸和可拉伸皮肤的设计可用于开发各种新型的形状变形机器人系统。研究人员现在计划继续在他们的设计基础上继续发展，例如，探索可伸缩传感器如何与基于折纸的架构集成。

金说：“还有很多事情要做。” “目前，我们介绍的原理可以应用于各种折纸结构，以创建新的动作，例如展开组合扭曲。对于实际的机器人应用，应优化可拉伸折纸结构，使其更坚固，更可靠。最后，我们希望使用我们的设计来开发新的软机器人系统，例如可部署的软机器人手臂。”

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