一起來領略一下摺紙機器人的風採

2020-12-20 電子發燒友

導讀

近幾年，各大知名高校似乎愛上了摺紙，他們想盡辦法利用摺紙原理，造出各種各樣千奇百怪的機器人，而且最關鍵的是，這些機器人或許在將來能夠派上很大用場。今天，機器人大講堂就帶領大家，一起來領略一下摺紙機器人的風採。

作者：海蛟 

你對摺紙是怎麼定義的？無非就是小時候為了鍛鍊一下心靈手巧的能力，或者哄哄更小的小朋友玩的一個小手工嗎？看著花花綠綠的紙張被弄成各種我們想像不到的樣子，似乎也會有一種成就感。

但當摺紙落在科學家的手裡，他們瞬間就會變得高大上很多。我們摺紙靠記憶人家摺紙靠計算，而且還將這種計算應用到了機器人身上。最近幾年從哈佛到MIT再到很多其他高校的科學家們越來越意識到，摺紙可能會解決很多從空間到力學的問題，而且也將摺紙玩出了不同的花樣，今天我就帶大家一起來看看當摺紙遇上機器人會有怎樣的神操作。

抓取

紙張對於我們來說是脆弱的，但當把一張紙對摺無數次之後，它的力量可能超乎想像。去年哈佛大學Wyss研究所和麻省理工學院計算機科學與人工智慧實驗室就聯手發布了一款由摺紙靈感啟發的機器人。

將紙張摺疊成上圖那樣，不僅使它具有了收縮和伸展的能力，還使它的韌性增加了很多倍。將這種形狀的摺紙密封在充滿空氣或流體的密封袋中，摺紙便充當了密封袋的骨骼，不僅能為密封袋提供走向，還能為它增加韌性。

哈佛與MIT聯手打造的這款軟體機器人，能夠拉起超過自身重量1000倍的重量。而且摺紙的規則不同，機器人的運動軌跡也會不同。不僅能讓機器人有垂直方向的運動，還能完成三維方向的扭動。

這樣，簡單的摺紙便成為集柔軟與韌性於一體的軟體機器人，能夠抓起任何形狀的物品。

變形

摺紙最突出的特點之一，便是變形。簡單的紙張能夠在人們的手中變換不同的形狀。之前NASA便研發出一種體型嬌小的摺紙機器人「PUFFER」。 PUFFER只有智慧型手機般大小，還能在通過狹小的空間時摺疊自己的身體順利通過，適用於在狹小或環境惡劣的空間中執行相關的太空探索任務。

麻省理工學院計算機科學與人工智慧實驗室(CSAIL)也開發了一款非常神奇的摺紙機器人，它具備極高的適應力，能夠使用不同的「裝備」為機器人提供行走、涉水和飛行等不同的能力。

該自身大小僅為幾立方釐米，CSAIL稱之為Primer。它能自己走進外骨骼的中央，然後使用熱量將其包裹起來。之後便可以完成不同的任務。

Primer的移動受到內置磁鐵的控制，它能夠脫離外骨骼，然後找到新的外骨骼之後自己穿上。它還能把不同的外骨骼拼接在一起，從而實現複合能力。下圖，它就為自己摺疊出了一隻小船。

Primer 的「摺疊」原理是這樣的：Primer 利用體外披著的塑料外骨骼外衣滾動行走，這一過程中，只要給機器人添加熱量，塑料外套就會相應地變形、摺疊，看起來就像自動摺紙。

披上外骨骼的 Primer 造型百變，靈活自如，可以適應多種場景。有了外骨骼，它就可以自行滾動，如果丟掉外骨骼，他的移動速度還能再快一倍；另一種外骨骼可以讓它變換出小船一樣的造型，可承載自身接近兩倍的重量；還有一中外骨骼可以讓它變成「滑翔機」，可以從高空中飛速向下滑行。

MIT 學者 Daniela Rus 表示：在未來，這種機器人可以充當小型外科醫生，把它藏在膠囊裡面，病人一吞就可以把它送進體內。到了病人體內， Primer 就可以用各種不同的外骨骼，進行組織切割或是藥物運輸的任務。雖然要在應用層面實現，還有很多工作要做，但是這種技術有很大的優勢。Rus 說：「有了它，有的手術流程就可以免去疼痛或是感染，甚至無需做切割手術。」

蠕動

今年年初，哈佛大學的科研人員仿照古老的剪紙方式，模仿了蛇鱗的工作原理，能在一屈一伸間向前蠕動。

這也是一種特殊材料的剪紙，鱗片首先需要很滑有助於向前滑行，其腹部的鱗片又要具有一定的黏性，能夠牢固的抓住地面，進行快速移動。

將這些鱗片塑料片捲起，包裹在氣動驅動的軟管外，靠紙張的收縮以膨脹，便形成了神奇的仿生蛇形機器人。

趣味

關於摺紙另一個神奇的功能，便是可以變換不同的形狀，而當給這些用紙折出來的動物裝上馬達，便給了這些紙張新的生命。

去年浙江大學來自新加坡的一批大一學生在《設計思維與表達》課程中，利用摺紙和電機，上演了一場別開生面的仿生機器人秀。來自新加坡的98名大一學生，用摺紙設計了40隻「小動物」，並賜予了這些小動物新的生命。

河豚

兔子

螃蟹

啟發

對於我們很多人來說，摺紙是一項趣味，但對於科學家來說，摺紙是一門學科。在NASA有一個這樣的故事，一物理學家羅伯特·J·朗因為鍾愛摺紙，放棄了自己NASA的高薪工作，轉職在家玩摺紙。

羅伯特·J·朗

在羅伯特·J·朗的眼裡摺紙變成一道道空間解析的數學題。而且他的宗旨是在不剪開紙張的前提下，折出任意的造型。於是，在他眼裡摺紙是這樣的。

他還為他的摺紙編寫了一款軟體，它可以利用數學知識，形成各種你想折成的折品的摺痕。

而且，羅伯特還真的將摺紙技術又重新應用到了航空領域，NASA重新把他請回去設計了震驚很多人的太空用太陽能電池板。將這些太陽能電池板摺疊成如下形狀，在佔用極小空間的前提下能展開超大的面積。

還有很多靠摺紙為靈感做成的機器人，比如我們昨天發不的韓國首爾大學研製的帶抓手無人機，這裡就不一一列舉。相信未來，摺紙還將發揮它的潛力應用到方方面面。期待人類這些古老的技藝能夠更好的與高科技結合。下面欣賞一下大神們的摺紙作品吧。

羅伯特·J·朗耗時3個月研究經過六小時完成的摺紙腦中，整張紙沒有經過任何剪裁，這也使他在摺紙界一舉成名。

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